Основной закон фильтрации – закон Дарси. Скорость фильтрации и действительная скорость подземных вод.
Законы движения. Подземные воды могут передвигаться в грунтах путем инфильтрации и фильтрации. Инфильтрация воды происходит в порах с их частичным заполнением воздухом или водяными парами в зоне аэрации. Фильтрация в виде движущегося потока происходит при полном заполнении пор водой.
Движение грунтового потока в водоносных слоях (галечнике, песке, супеси, суглинке) имеет параллельно-струйчатый или ламинарный характер и подчиняется закону Дарси. В крупных пустотах происходит вихревое или турбулентное движение воды, но сравнительно редко. Движение подземных вод может быть установившимся и неустановившимся, напорным и безнапорным. Ненапорные грунтовые воды имеют водоупор снизу и свободную поверхность сверху. Такие воды передвигаются от более высоких мест к низким.
Схема безнапорной фильтрации грунтовой воды
Разность
напоров ΔH = H1 – H2 в сечениях I и II
обусловливает движение воды в направлении
сечения II. Скорость движения водного
потока зависит от разности напора (чем
больше ΔH, тем больше скорость) и длины
пути фильтрации
.
Отношение
разности напора ΔH к длине пути фильтрации
l называют гидравлическим уклоном
(гидравлическим градиентом)
.Современная
теория движения подземных вод базируется
на законе Дарси:
где
– расход воды или количество фильтрующейся
воды в единицу времени, м3/сут; Кф –
коэффициент фильтрации, м/сут; А –
площадь поперечного сечения потока
воды, м2; ΔH –разность напоров, м;
–длина
пути фильтрации,м.
Фильтрационные показатели грyнтов. Одним из основных фильтрационных параметров является коэффициент фильтрации Кф – это скорость фильтрации при напорном градиенте I = 1. Он зависит от размеров и формы пор, свойств воды (вязкость, плотность), минерального состава грунтов, степени засоленности и др. Вязкость воды зависит от температуры, поэтому нередко вводится поправочный температурный коэффициент (0,7 – 0,03) для приведения к единой температуре 10оС.
Методы определения. Приближенно оценивают Кф по табличным данным
Коэффициент фильтрации и методы его определения.
Одним из основных фильтрационных параметров является коэффициент фильтрации Кф — это скорость фильтрации при напорном градиенте I = 1. Коэффициент фильтрации определяется в основном геометрией пор, а также свойствами самой воды и пр. Вязкость воды зависит от температуры, поэтому нередко вводится поправочный температурный коэффициент 0,7 — 0,03 для приведения к единой температуре 10оС. Точное значение коэффициента фильтрации определяют лабораторным путем, полевым путем и расчетным методом для песков и гравелистых пород. Приближенная оценка для решения не требующих высокой точности задач простые инженерные задачи возможна по табличным данным. Характеристика пород Коэффициент фильтрации мсутки Очень хорошо проникаемые галечники с крупным песком 100 — 1000 и более Хорошо проникаемые галечники и гравий с мелким песком, крупный песок, чистый среднезернистый песок, 100 — 10 Проницаемые галечники и графий с мелким песком, средензернистые и мелкозернистые пески 10 -1 Слабопроницаемые тонкозернистые пески, супеси 1 -0,1 Слабопроницаемые суглинки 0,1 -0,001 Глины, мергели, монолитные скальные породы менее 0,001 Средние ориентировочные значения коэффициента фильтрации для некоторых видов грунтов приведены в табл. Таблица. Ориентировочные значения коэффициента фильтрации грунтов Грунт Коэффициент фильтрации k, мсут. Галечниковый чистый 200 Гравийный чистый От 100 до 200 Крупнообломочный с песчаным заполнителем От 100 до 150 Песок: гравелистый крупный средней крупности мелкий пылеватый От 50 до 100 От 25 до 75 От 10 до 25 От 2 до 10 От 0,1 до 2 Супесь От 0,1 до 0,7 Суглинок 0,005 до 0,4 Глина 0,005 Торф: слаборазложившийся среднеразложившийся сильноразложившийся От 1 до 4 От 0,15 до 1,0 От 0,01 до 0,15