Задачи и вопросы для самостоятельной работы

1. На дне водоема лежит гранитная глыба. Как меняется давление, оказываемое ею на дно водоема, при колебании уровня воды в нем?

2. Горная порода с пористостью n погружается в жидкость. Оценить величину потери веса единицы объема горной породы.

3. В цилиндре, заполненном водой, находится поршень, установленный на пружине. Описать изменение положения поршня при приложении к нему некоторого дополнительного усилия в случаях:

а) непроницаемого (для воды) поршня;

б) слабопроницаемого поршня;

в) хорошо проницаемого поршня.

4. Описать изменение гидростатического напора и движения по любой вертикали в условиях покоящейся жидкости.

5. Как зависит критическое число Рейнольдса от степени шероховатости стенок трубы, в которой происходит движение жидкости?

6. Описать характер изменения гидродинамического напора по вертикали в условиях движения жидкости сверху вниз и снизу вверх.

7. Плотность природных вод, как правило, увеличивается с глубиной (за счет увеличения минерализации). Описать изменение гидростатического напора и давления покоящейся жидкости в этих условиях.

8. Оценить величину сопротивления, оказываемого движущемуся потоку жидкости минеральной частицей шарообразной формы.

9. Указать основные свойства и особенности неньютоновских жидкостей. Охарактеризовать реологические свойства этих жидкостей.

10. Описать особенности турбулентного режима течения в трубах.

Контрольные вопросы

1. Что такое идеальная жидкость?

2. Что такое гидростатическое давление?

3. Что такое пьезометрическая высота?

4. Что такое гидростатический и гидродинамический напоры?

5. Какова энергетическая характеристика гидродинамического напора?

6. Какие основные силы действуют в движущемся потоке жидкости?

7. Какие режимы течения жидкости Вы знаете?

8. Какой показатель используется для количественной характеристики режима течения жидкости?

9. Что такое число Рейнольдса и критическое число Рейнольдса?

10. Какова размерность кинематического и динамического коэффициентов вязкости?

11. Как связаны кинематический и динамический коэффициенты вязкости?

12. Что такое гидравлический градиент?

13. Напишите формулу Гагена-Пуазейля.

Тема 2. Основы статики водонасыщенных горных пород

В динамике подземных вод горная порода, вместе с заключенной в ней водой, рассматривается как единая механическая система. Силы взаимодействия между отдельными составляющими подобной системы определяют величины напряжений, развиваемых в горной породе.

В общем случае под напряжением понимается отношение силы, действующей на площадку, к величине этой площадки: . Под напряжением в некоторой точке понимается его величина при ω → 0.

В отличие от твердых монолитных тел напряжения в горных породах передаются лишь через точки соприкосновения отдельных частиц, образующих минеральный скелет породы. В этих условиях реальные напряжения на контактах минеральных частиц в пределах площади ω должны заменяться некоторыми средними напряжениями, равномерно распределенными по рассматриваемой площадке. Следовательно, «нулевые площадки», рассматриваемые в динамике подземных вод, должны иметь такие размеры, чтобы они содержали достаточно много (7-10 и более) элементарных составляющих данной породы.

Напряжение, оказываемое действием силы веса горных пород вместе с заключенной в них водой, называется полным (или общим) напряжением. Вес горной породы вместе с заключенной в ней водой остается практически постоянным при относительно небольших колебаниях уровней подземных вод, т.е. σ_п = const, где σ_п – полное напряжение.

Помимо полного напряжения в насыщенной горной породе выделяют две системы напряжений: напряжения, обусловленные силами взаимодействия между минеральными частицами, т.е. напряжения в минеральном скелете породы, и напряжения в жидкости, заполняющей поры.