3.5 Элементы фильтрационного потока. Классификация потоков и виды движения подземных вод

Фильтрационным потоком называется условный поток жидкости, проходящий через пористую среду (породу). Хотя реальный поток идет только по открытым (сообщающимся) порам и трещинам, условно допускается, что фильтрационный поток идет через всю породу.

К гидродинамическим элементам фильтрационного потока относятся: мощность, ширина, напор, напорный градиент, скорость фильтрации, расход потока, линии равных напоров, линии токов.

Структуру потока представляет гидродинамическая сетка, которую образуют линии равных напоров и линии токов (рисунок 3.5). Расход потока в направлении линиям тока равен нулю, что позволяет рассматривать обособленно фрагменты потока, ограниченные смежными линиями тока.

Гидродинамическая сетка характеризует как пространственные (трехмерные) так и двумерные потоки.

В пространственных потоках могут быть выделены отдельные фрагменты, ограниченные серией линий тока (трубки тока).

В плоских потоках можно выделить фрагменты, ограниченные двумя смежными линиями тока (такие фрагменты называются лентами тока).

Линии токов пересекают поверхности равных напоров под прямым углом. Система линий равных напоров и перпендикулярных к ним линий тока образует гидродинамическую сетку.

Линии токов - это линии, определяющие движение потока подземных вод.

Условные обозначения: 1 – линии равных напоров (изопьезы – Н₁, Н₂, Н₃); 2 – линии тока 3 – лента тока. Стрелками показано направление движения подземных вод.

Рисунок 3.5 – Гидродинамическая сетка

Итак, гидродинамическая сетка потока грунтовых вод – это совмещение системы гидроизогипс с линиями токов. Участок сетки, ограниченный двумя соседними линиями тока - лента тока.

Для количественной оценки потока подземных вод определяют характер его движения.

Фильтрация горных пород может иметь установившийся и неустановившийся характер.

Движение подземных вод, в той или иной мере, является неустановившимся, т.е. является переменным во времени. Это проявляется в изменениях уровня подземных вод, что обусловлено изменениями градиента, скорости и расхода подземных потоков. Изменения вызываются естественными или искусственными факторами, которые определяют условия питания, движения и разгрузки подземных вод. С ними связаны и неравномерное выпадение осадков и их инфильтрация; колебание горизонтов поверхностных водоемов; откачки подземных вод и др.

Кроме того, различают равномерное и неравномерное движения.

3.6 Практические задания

3.6.1 Определение водопроницаемости песчаного грунта лабораторным методом с помощью фильтрационных приборов

В лабораторных условиях коэффициент фильтрации определяют главным образом для пород рыхлых несвязных – песчаных и для пород мягких связных – глинистых.

Наиболее точные результаты дают приборы, позволяющие определять коэффициент фильтрации по образцам естественного сложения (приборы Кф-1, Н. Н. Маслова, Г. Н. Каменского и др.).

При испытании породы ненарушенного сложения опыты проводят в определенной последовательности.

Все измерения и расчеты (не менее двух-трех исследований), сделанные в процессе опыта и вычисления коэффициента фильтрации записывают в рабочий журнал определенного образца, а окончательные результаты заносят в сводную таблицу.

Студентам требуется выполнить следующее задание:

1. определить коэффициент фильтрации по данным опыта для грунтов разной степени водопроницаемости – задача № 1;

2. дать характеристику грунтов с учетом характера водопроницаемости.

Пример решения этой задачи, с учетом характера водопроницаемости грунтов приводится ниже.