Фільтрація ґрунтових вод
Рух грунтових вод є частинним випадком руху рідин в пористому середовищі , який називають фільтрацією.
Фільтрація відбувається через шпари (пори) грунту і може бути обмежена знизу і зверху водонепроникними шарами грунту. Така фільтрація називається напірною (рис. 7.9 а). Якщо водонепроникний шар обмежує потік тільки знизу то така фільтрація називається безнапірною (рис. 7.9 б).
Рис. 7.9
В залежності від витрати фільтраційного потоку поверхня його може займати різне положення, аналогічно вільній поверхні у відкритих руслах. Поверхня фільтраційного потоку називається депресійною поверхнею, а крива вільної поверхні – кривою депресії.
Фільтрація може бути ламінарною і турбулентною. Ламінарний рух, як і в трубах, характеризується втратами напору прямо пропорційними швидкості фільтрації в першій степені. Такий рух буває в дрібнозернистих грунтах (водопроникні глини, суглинки, пісковики, піски). В крупнозернистих пісках і матеріалах (гравій, галька, щебінь) установлюється турбулентна фільтрація, при якій втрати напору пропорційні швидкості в степені більше першої.
Основний закон ламінарної фільтрації виражається формулами Дарсі:
| (7.1) |
і
 .
| (7.2) |
В цих формулах υ – середня швидкість фільтрації; Q – витрата фільтраційного потоку; ω – повна площа перерізу фільтраційного потоку, яка є сумою площі пор ωп і площі перерізу частинок грунту ωгр; J – гідравлічний нахил, що являє собою втрату напору по довжині і на одиницю довжини фільтраційного потоку: 
; k – коефіцієнт фільтрації.
Коефіціент фільтрації (см/с чи м/с) залежить в основному від розміру і форми зернин грунту, наявності в ньому глинястих частинок і температури рідини. Значення коефіціентів фільтрації деяких грунтів наведені в табл. 7.1
Таблиця 7.1
Коефіцієнти фільтрації ґрунтів
| Тип грунту | k, см/с |
| Гравій з розміром зерен 4-7 мм | 3,5 |
| Гравій з розміром зерен 2 мм | |
| Пісок чистий | 1,00…0,01 |
| Пісок з домішками глини | 0,01…0,005 |
| Піщано-глинисті ґрунти | 5·10-3…10-4 |
| Глина | 10-4…10-7 |
| Глина щільна | 10-7…10-10 |
| Торф’яні ґрунти | 10-2…10-3 |
| Мулкі ґрунти | 10-2…10-3 |
Границі застосування формул Дарсі визначають по критерію переходу від ламінарної фільтрації до турбулентної.
Н.Н.Павловський запропонував критерій існування ламінарної фільтрації у вигляді:
| (7.3) |
де ν – кінематична в’язкість рідини; d – середній діаметр зернин ґрунту, ν – середня швидкість фільтрації; m – коефіцієнт пористості ґрунту, рівний відношенню площі пор до повної площі перерізу фільтраційного потоку: 
.
Значення коефіцієнта пористості для деяких ґрунтів наведені в таблиці 7.2.
Таблиця 7.2.
Коефіцієнти пористості ґрунтів
| Грунт | m |
| Гравій (2≤d≤20 мм) | 0,30…0,40 |
| Пісок (0,06≤d≤2 мм) | 0,33…0,45 |
| Супісь | 0,35…0,45 |
| Суглинок | 0,35…0,50 |
| Глинистий грунт | 0,40…0,55 |
| Торф’яний грунт | 0,60…0,80 |
Якщо (7.3) не виконується, то має місце турбулентна фільтрація, для якої середню швидкість визначають залежністю
 ,
| (7.4) |
де показник степеня n знаходиться в межах 
.
Дата добавления: 2015-08-26; просмотров: 1758;