ВОДОПРОНИКНІСТЬ ГРУНТУ

Під час проектування водозниження, осушення та водопоста­чання треба знати скільки води надходить до різних водозабір­них споруд (колодязів, свердловин, канав, будівельних котлова­нів). Приплив води до водозабірних споруд обчислюють з ураху­ванням характеру її руху (ламінарний або турбулентний) у во­доносному шарі, гідравлічних умов (води ненапірні або напірні) та особливостей обладнання водозабірної споруди.

Підземні води, як правило, перебувають у русі (рухаються в порах, тріщинах та розломах грунтів). Рух води в тріщинах та розломах - швид­кий, турбулентний. Рух води в порах гірських порід можна розглядати як спокійний, ламінарний. Цей рух одержав назву фільтрації.

1. Коефіцієнт фільтрації. Фільтрація має певну закономір­ність, яка була вперше встановлена французьким інженером А. Дарсі в 1856 p. Дарсі сконструював прилад для вивчення водопроникності піс­ків (рис. 5.1). З допомогою цього приладу він одержав таку за­лежність

, де (5.1)

- об'єм профільтрованої во­ди; - коефіцієнт пропорційності, який залежить від виду грунту; - площа фільтрації; - час фільтрації; - гідравлічний градієнт

, де (5.2)

- напір води в колбі; - напір води в посудині; - довжина шляху фільтрації.

Розділивши ліву та праву частини виразу (5.1) на , одер­жимо об'єм води, що фільтрується за одиницю часу через оди­ницю площі

(5.3)

Об‘єм профільтрованої води буде тим більшим, чим більша її швидкість при фіксованих значеннях решти параметрів. Тому величину можна назвати швидкісю фільтрації і вимірювати одиницями швидкості (см/с, м/доб). Оскільки швидкість, зазвичай, позначають буквою , то можна записати

(5.4)

у виразі (5.4) прийнято називати коефіці­єнтом фільтрації. Він є характеристикою водопроникності порід. Коефіцієнт фільтрації входить у розрахункові формули для ви­значення припливу води до різноманітних водозабірних споруд, а також у формули для розрахунку деформацій основ будівель і споруд в часі.

В лабораторних умовах коефіцієнт фільтрації визначається з допомогою різних приладів. Такі прилади принципово нічим не відрізняються від приладу Дарсі (наприклад, універсальна трубка). Коефіцієнт фільт­рації, (м/доб), при заданій температурі визначають за формулою

, де (5.5)

864 - коефіцієнт для переведення одиниць см/с в м/доб; - об'єм профільтрованої води, см³; - час фільтрації, с; - площа поперечного перерізу трубки, см²; - гідравліч­ний градієнт.

Величини та є параметрами приладу, отже, дослід зводиться до ви­значення часу , протягом якого профільтрується об'єм води .

Методика випробувань викладена в [12].

Найточніше коефіцієнт фільтрації можна визначити шляхом проведення дослідних відкачувань води в польових умовах.

2. Початковий градієнт напору. Великоуламкові і піщані грунти мають великий супіски менший, суглинки ще менший, а глини взагалі є водоупорами. Чому це так?! Рух води в грунті відбувається по закону ламінарної фільтрації (крива 1 на рис. 5.2), коли грунт містить вільну воду в порах (великоуламкові і піщані грунти), більша частина яких з‘єднана одна з одною. В щільному пилувато-глинистому грунті, в порах якого нема вільної води (вона перебуває в грунті переважно у вигляді гідратних оболонок зв‘язаної води, які окружають частинки грунту), або якщо є, то знаходиться в роз‘єднаних між собою по­рах, фільтрація води починаєтся лише при градієнті, який більший деякого значения, необхідного для п­одолання опору водно-колоїдних плівнок її рухові. В такому випадку залежність між градієнтом і швидкістю фільтрації буде мати вигляд кривої 2, зображенної на рис. 5.2. На цій кривій можна виділити дві основні ділянки: криволінійна АВ, яка відповідає переходу від момента виникнення фільтрації до момента розвитку постійної фільтрації, і ділянку постійної фільтра­ції ВС.

Для ділянки ВС швидкість фільтрації знаходять за виразом

, де (5.6)

- коефіцієнт фільтрації на відрізку АВ; - початковий градієнт напору.