ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ УКАЗАНИЯ

ПЛАВНО ИЗМЕНЯЮЩЕЕСЯ УСТАНОВИВШЕЕСЯ БЕЗНАПОРНОЕ ДВИЖЕНИЕ ГРУНТОВОЙ ВОДЫ

 

 

Водопроницаемый грунт состоит из отдельных частиц (песчинок), между которыми имеются поры. Суммарный объем пор составляет часто 35 — 40% от объема всего грунта.

Явление движения воды в этих порах называется фильтрацией. Вода в поры может попасть различным образом. Например, выпадая на поверхность земли в виде дождя, она затем просачивается в грунт. На некоторой глубине такая вода может быть задержана слоем водонепроницаемого грунта (плотной глиной, скалой); при этом вода далее будет двигаться по поверхности водонепроницаемого слоя (рис. 1).

 

 

 

Рис. 1 - Фильтрационный поток (поток грунтовой воды)

 

Водонепроницаемый слой (так называемый водоупор) образует как бы русло потока грунтовой воды. В этом русле движется грунтовая вода, причем здесь получаем фильтрационный поток со свободной поверхностью, в каждой точке которой имеется атмосферное давление, потоки называются безнапорными.

Движение грунтовой воды в песках и водопроницаемых глинистых грунтах является л а м и н а р н ы м.

Турбулентное дви­жение грунтовой воды может получиться только в крупно­зернистых грунтах (напри­мер, в гравии, гальке), а так­же в случае каменной на­броски, трещиноватой скалы и т. п.

Будем рассматривать движения грунтовой воды:

- безнапор­ное;

- установившееся;

- плав­но изменяющееся, равно­мерное и неравномерное;

- ламинарное.

На рис. 1 представлен случай равномерного движения. Однако обычно в практике встречаются случаи неравномерного движения.

 

Неравномерность движения грунтовой воды обусловливается:

- или неправильностью формы русла;

- или тем, что уклон дна русла ;

- или тем, что в цилиндрическом русле с прямым уклоном дна каким-либо образе фиксируется глубина h_ф, отличная от глубины h₀ равномерного движения (от нормальной глубины); например, из траншеи (рис. 2) откачивается вода, причем в траншее все время поддерживается глубина h_ф ≠ h₀.

 

 

Рис. 2 - Случай неравномерного движения

 

Свободная поверхность фильтрационного потока называется депрессионной поверхностью; кривая же свободной поверхности АВ (рис. 2) - кривой депрессии.

 

ОСНОВНОЙ ЗАКОН ЛАМИНАРНОЙ ФИЛЬТРАЦИИ (ФОРМУЛА ДАРСИ)

 

Проводя опыты с фильтрацией в песках и глинах, еще в середине прошлого столетия установили, что скорость фильтрации и в случае установившегося движения может быть представлена следующей зависимостью, называемой формулой Дарси и выражающей основной закон ламинарной фильт­рации:

U = kJ

где u - скорость фильтрации в данной точке фильтрационного потока; J - пьезометрический уклон в той же точке;

k - коэффициент пропорцио­нальности, называемый коэффициентом фильтрации.

Коэффициент фильтрации, имеющий размерность скорости ( поскольку J — величина безразмерная), представляет собой скорость фильт­рации при уклоне J = 1.

 

Как показывают опыты, для воды определенной температуры величина k зависит только от рода грунта.

Вообще же величина k зависит и от вязкости фильтрующей через грунт воды, а следовательно, и от температуры воды, поскольку с изменением температуры вязкость воды изменяется.

 

Из формулы Дарси видно, что скорость фильтрации u прямо пропорциональна величине J в первой степени.

 

Формулу Дарси можно представить еще в следующем виде:

 

Q= ωkJ

 

где ω – площадь сечения грунта, через поры которого движется грунтовая вода

 

Формула Дарси, относящаяся к ламинарной фильтрации, имеет определенные границы применимости. Для воды обычной температуры (ν;≈0,01см²/с) различные авторы рекомендуют применять указанную формулу в случае, когда

и d < 0,01 - 0,07,

где u - в см/с, d - диаметр (в см) частицы грунта (некоторого среднего размера).