Срс 7. Тема 11. Покращення якості води

Фільтрація

План

1. Вивчення законів фільтрації при рухові ґрунтових вод. Фільтраційні потоки, закон Дарсі.

2. Визначення основного показника - швидкості фільтрації — як фіктивної швидкості, коли б рух рідини відбувався через всю площу поперечного перерізу.

3. Дослідження впливу повільного і різкозмінного руху ґрунтових вод на процес фільтрації.

1. Вивчення законів фільтрації при рухові ґрунтових вод. Фільтраційні потоки, закон Дарсі.

Після побудови будь-якої гідротехнічної споруди в період її експлуатації змінюється водно-повітряний режим в грунті навколо неї. Як правило, має місце рух рідини через пори тіла споруди і через пори грунту як навколо споруди, так і під нею. Такий рух рідини називається фільтрацією. В залежності від кількості в грунті вода буває:

гігроскопічна, що входить до складу самих зерен груп ту і рухатись у порах грунту не може;

плівкова, що огортає часточки грунту, тримаючись за рахунок сил молекулярної взаємодії, і теж рухатись вільно не може;

капілярна, що заповнює найдрібніші пори (шпаринки) грунту і може пересуватись по капілярах під дією сил поверхневого натягу;

гравітаційна, котра в надмірно зволоженому грунті стає здатною переміщуватись в порах під дією сил тяжіння.

У цьому розділі розглядатиметься лише рух гравітаційної води. Як і у відкритих потоках, рух ґрунтових вод може бути неусталеним і усталеним, рівномірним і нерівномірним, повільнозмінним і різкозмінним.

Самі грунтові потоки можуть бути безнапірні, коли ґрунтовий потік займає лише частину водопроникного шару грунту, і напірні, коли фільтраційний потік займає весь переріз водопроникного шару грунту, який обмежений зверху і знизу водотривкими шарами грунту.

У звичайних умовах швидкості руху ґрунтового потоку незначні і тому частіше відбувається рух при ламінарному режимі—ламінарна фільтрація.

В окремих випадках режим руху ґрунтових вод може бути турбулентним, наприклад, в сильно тріщинуватих гірських породах, кам'яній накиді тощо.

Основний закон фільтрації був відкритий Дарсі в процесі проведення експериментів з піщаним грунтом на дослідній установці.

Циліндр, заповнений досліджуваним грунтом, над яким підтримується постійний рівень рідини, встановлений вертикально. Рівень рідини в п'єзометрах, приєднаних через бокову поверхню циліндра до фільтраційного потоку, відповідно і . Відстань по вертикалі між точками приєднання п'єзометрів l. Площі поперечного перерізу циліндра . Витрата ґрунтового потоку Q вимірюється об'ємним способом.

Рис. 1. Дослідна установка для визначення коефіцієнта фільтрації

Оскільки швидкість фільтрації однакова в перерізах /—/ і 2—2 і дуже мала, то швидкісним напором в рівнянні Бернуллі можна знехтувати. Отже,

або

Вважаючи, що в однорідному грунті втрати напору відбуваються рівномірно по довжині фільтраційного потоку, можемо записати, що . Тоді фільтраційна витрата