46 Факторы влияющие на уровень грунтовых вод

Грунтовые воды образуют водоносный горизонт на первом от поверхности водоупорном слое. В связи с неглубоким залеганием от поверхности уровень грунтовых вод испытывает значительные колебания по сезонам года,то повышается после выпадения осадков или таяния снега, то понижается в засушливое время.

Зимой в сильные морозы грунтовые воды могут промерзать.

Уровень грунтовых вод представляет собой неровную поверхность, повторяющую, как правило, неровности рельефа в сглаженной форме.

Грунтовые воды перемещаются в сторону понижения рельефа. Уровень грунтовых вод подвержен постоянным колебаниям - на него влияют различные факторы: количество и качество выпадающих осадков, климат, рельеф, наличие растительного покрова, хозяйственная деятельность человека и многое другое.

Уровень грунтовых вод (УГВ) оказывает одно из решающих влияний на выбор конструкции фундамента и глубины его заложения, не забывайте об этом.

Для того чтобы понизить уровень грунтовых вод устраивают кюветы с гарантированным сбросом воды в сторону уклона рельефа. Кюветы обычно эффективны при временных повышениях уровня грунтовых вод в моменты ливней или при таянии снегов.

Для участков, на которых уровень грунтовых вод повышен постоянно, делают отвод для этого следует сооружать специальные дренажные системы.

Если дренаж невозможен или затруднён, то фундамент дома может быть защищен от затопления водой при помощи специальной гидроизоляции.

47 Основной закон движения грунтовых вод

Основной закон фильтрации подземных вод - Закон фильтрации Дарси

Движение подземных вод происходит при наличии разности гидравлических уровней (напоров). Воды двигаются от мест с высокими уровнями к местам с низкими уровнями.

Отношение разности напоров к длине пути фильтрации называется гидравлическим (напорным) градиентом. Чем градиент выше, тем больше скорость движения.

I = ΔH/l,

где ΔG = H1-H2 - разность напоров (H);

l - длина пути фильтрации.

Фильтрация в полностью водонасыщенных водах при ламинарном (параллельном, спокойном, без завихрений) движении воды подчиняется закону Дарси.

Q = КфFI,

где Q - расход воды (кол-во фильтрующей воды через поперечное сечение F в единицу времени);

Кф - коэффициент фильтрации;

F - площадь поперечного сечения потока воды (водоносного пласта);

I - Гидравлический градиент.

48 Закон ламинарной фильтрации

Как показывают опыты, движение воды в порах грунта происходит в соответствии с законом ламинарной фильтрации.

Математическое выражение этого закона, предложенное Дарси, имеет вид:

Картинка (2.16)

Где - скорость фильтрации, или объем воды, проходящей через единицу площади поперечного сечения грунта в единицу времени; kf — коэффициент фильтрации, равный скорости фильтрации при гидравлическом градиенте i=1; i—гидравлический градиент, равный потере напора H2 — Н1 = Н отнесенной к пути фильтрации L:

i = (H2 - H1/L. > (2.16)

Закон ламинарной фильтрации (Дарси) формулируется так: скорость фильтрации Картинка прямо пропорциональна гидравлическому градиенту i.

Поскольку давление в поровой воде pw измеряется в килопаcкалях, напор выражается высотой столба воды:

H = pω/γω

где γω — удельный вес воды (кН/м3).

Коэффициент фильтрации измеряется в единицах скорости — обычно в сантиметрах в секунду или в сантиметрах в год (1 см/с ≈ 3·107 см/год). Значение его может находиться в больших пределах в зависимости от гранулометрического состава и плотности грунтов. Для песков kf = г·10-1...r·10-4 см/с; для супесей kf = г·10-3...г·10-6 см/с; для суглинков kf = г·10-5...г·10-8 см/с; для глин kf =г·10-7...г·10-10 см/с (где г — любое число от 1 до 10). Указанные значения коэффициентов фильтрации относятся к монолитным изотропным грунтам.

Если принять среднее значение коэффициента фильтрации песка kf = 10-2 см/с и глин kf = 10-8 cм/с, то окажется, что при одном и том же градиенте за одно и то же время вода пройдет в песке путь в 10 км, а в глине — в 1 см.

49 Гидравлический градиент. Закон Дарси.

Однофазная фильтрация

Закон Дарси выражает зависимость между скоростью фильтрации и градиентом давления в каждой фазе. Такое соотношение было установлено Дарси (1856) для однофазной фильтрации. Дифференциальная форма этого соотношения имеет вид

(1.8)

где k – тензор абсолютной проницаемости пористой среды; μ – вязкость флюида; g – вектор ускорения свободного падения. Если координата z отсчитывается вниз по вертикали, можно написать

(1.9)

С учетом определения γ закон Дарси можно записать следующим образом:

(1.10)

Тензор проницаемости, используемый в уравнении (1.8), в большинстве практических задач можно (или необходимо) считать диагональным тензором:

(1.11)

Если k_x = k_y = k_z, среда называется изотропной, в противном случае – анизотропной.

Многофазная фильтрация

Данный закон можно распространить и на случай одновременного течения более чем одной фазы

(1.12)

где l – соответствует o, w, g (нефтяной, водной и газовой фазам); k_rl – относительная проницаемость для фазы l.

Уравнение (1.12) можно также записать с учетом γ_l

(1.13)

где

(1.14)

При этом ось z направлена вниз по вертикали. Если скорость измеряется в см/с, вязкость в мПа⋅с, а градиент давления в кПа, то k будет измеряться в единицах, получивших наименование “дарси” (Д).

Закон Дарси распространяется только на ньютоновские жидкости в некотором ограниченном диапазоне скоростей фильтрации, в котором турбулентность, инерционные и другие высокоскоростные эффекты пренебрежимо малы. Кроме того, при очень низких давлениях этот закон не справедлив вследствие явления проскальзывания.

Ламинарное движение воды происходит с тем большей скоростью, чем больше уклон поверхности уровня грунтовых вод (так называемый «гидравлический градиент»).

 Гидравлический градиент равен отношению потери напора Н= Н₂- Н₁ к длине пути фильтрации L: