5.6 Визначення коефіцієнта фільтрації на приладі дарсі

Мета роботи: Освоїти методику визначення коефіцієнта фільтрації на приладі Дарсі. Експериментальним шляхом визначити коефіцієнт фільтрації досліджуваного зразка ґрунту.

Загальні відомості

Рух рідин і газів у пористому середовищі зветься фільтрацією. Фільтраційний потік може бути напірним і безнапірним. Поверхня фільтраційного потоку зветься депресивною поверхнею, а крива вільної поверхні – кривою депресії. Фільтрація може бути ламінарною і турбулентною.

Середня швидкість фільтрації визначається по формулі Дарсі.

(11.1)

де – коефіцієнт фільтрації;

– гідравлічний уклін;

– показник степеня, при ламінарній фільтрації й у межах при турбулентній фільтрації.

Із формули (11.1) видно, що характеризує швидкість фільтрації при і має розмірність швидкості.

Формула Дарсі застосовується при числах Рейнольдса . Середня швидкість фільтрації за величиною менша дійсної швидкості руху води в порах ґрунту, так як вона відноситься до всієї площі поперечного перерізу водоносного шару.

Витрата фільтраційного потоку виражається формулою

(11.2)

Перед виконанням лабораторної роботи студентам необхідно самостійно вивчати по [2] с. 535...580, а по [3] с. 84...91.

Опис лабораторної установки

Схема лабораторної установки приведена на рис. 11.1.

Вода подається з напірного резервуара 7 по трубопроводу 4 через витратомір 5 у циліндр 2 діаметром 50 мм з досліджуваним ґрунтом. До бічної поверхні циліндра на відстані см один від одного підключені п’єзометри 1. Постійний рівень у резервуарі 7 підтримується за допомогою холостого зливу 8.

Порядок виконання лабораторної роботи

Установити рівень у напірному резервуарі 7. Потім відкрити кран 6 й подати воду в циліндр 2. Після досягнення встановленого руху зняти покази п’єзометрів 1 і показання ротаметра 5.

Рис.11.1. Лабораторна установка для дослідження фільтрації

1– п’єзометричний щит; 2– фільтраційна колонка; 3, 6– крани;

4 – напірна труба; 5– ротаметр; 7– напірний бак;

8– переливна труба; 9– п’єзометр.

Змінюючи витрату води за допомогою крана 6, повторити триразово всі виміри. Результати вимірювань занести в табл. 11.1.

11.1. Заміряні величини

№ досліду	, мм	, см		, л/с	Покази п’єзометрів, м
						П2	П3	П4
1	2	3	4	5	6	7	8	9

Обробка дослідних даних

1. Визначити фільтраційну витрату по тарувальній кривій витратоміра. При відомій витраті Q визначити швидкість фільтрації по формулі

де – площа поперечного перерізу фільтраційної колонки.

2. Визначити втрати напору по різниці показань п’єзометрів

3. Гідравлічний ухил визначається по формулі

4. При відомих значеннях і визначити коефіцієнт фільтрації

Обчислені величини заносяться в табл. 11.2

Табл. 11.2. Результати обробки дослідних даних

№ п/п	Величини	Одиниці виміру	Досліди			Середнє значення
1	Площа поперечного перерізу фільтраційної колонки	см2
2	Витрата	см3/с
3	Покази п’єзометрів П1 П2 П3 П4	см см см см
4	Втрати напору	см
5	Гідравлічний уклін
6	Швидкість фільтрації	см/с
7	Коефіцієнт фільтрації	см/с

Отримані значення коефіцієнта фільтрації К_ф порівняти зі значеннями коефіцієнта фільтрації, приведеним у таблиці 11.3., і вказати, якому грунту відповідає отримане значення.

11 .3. Коефіцієнт фільтрації для різних ґрунтів

Ґрунти	Коефіцієнт фільтрації, см/с
Супісь	0,001–0,0001
Суглинок	0,0001–0,00001
Глина	0,00001–0,000005
Пісок дрібно зернистий	0,01–0,001
Пісок середньо зернистий	0,1–0,01
Пісок крупно зернистий	0,1–0,01
Галька і гравій	0,1–10

Контрольні питання

1. Що таке фільтрація?

2. Напишіть основний закон фільтрації (Формула Дарсі).

3. Від чого залежить коефіцієнта фільтрації?

4. Як визначається коефіцієнта фільтрації, його розмірність?