II. Водопроницаемость грунтов, закон ламинарной фильтрации
Водопроницаемость – способность фильтровать воду. Скорость напорного движения грунтовых вод зависит от размеров пор грунта, сопротивлений по пути фильтрации и величины действующих напоров (илл.5).
Илл. 5. Напорные грунтовые воды
Здесь Н1 и Н2 – напоры; L – длина пути фильтрации; Н = Н2 - Н1 – потеря напора или «действующий напор». Если линии токов воды (движения частиц в потоке) нигде не пересекаются друг и другом, то такое движение называется ламинарным, при наличии пересечений и завихрений движение называется турбулентным. В грунтах в большинстве случаев движение воды будет ламинарным (опыты Пуазейля, Дарси и другие).
Ламинарное движение воды происходит с тем большей скоростью, чем больше уклон поверхности уровня грунтовых вод (так называемый «гидравлический градиент»).
Гидравлический градиент равен отношению потери напора Н= Н2- Н1 к длине пути фильтрации L:
Закон ламинарной фильтрации: расход воды в единицу времени через единицу площади поперечного сечения грунта (скорость фильтрации) прямо пропорционален гидравлическому градиенту i:
vф = kф · i;
где kф - коэффициент фильтрации, равный скорости фильтрации при градиенте i = 1 [см/сек, см/год]. Коэффициент фильтрации зависит от типа грунта и определяется экспериментально.
Зависимость скорости фильтрации от гидравлического градиента i. Для водопроницаемых грунтов (пески, галечники) зависимость прямая (илл. 6).
Илл. 6. Зависимость скорости фильтрации от гидравлического градиента
Фильтрация воды в глинистых грунтах начинается при достижении некоторой начальной величины градиента i, преодолевающей внутреннее сопротивление движению, оказываемое водно-коллоидными пленками. На рисунке (илл.6) изображены экспериментально найденные зависимости скорости фильтрации vф от гидравлического градиента i. Здесь i0 - начальныйгидравлический градиент
В результате закон ламинарной фильтрации для связных грунтов будет иметь вид: vф = kф · (i – i0).
«Инженерной геологии»
11. Что понимают под воронкой депрессии и радиусом влияния грунтовых вод?
Определение радиуса влияния одиночной скважины
Радиус влияния скважины - это расстояние от скважины, из которой проводится откачка, до границ ее влияния. Зона влияния скважины определяется гидродинамическим полем данной скважины.
Влияние любой откачки через определенный промежуток времени распространяется до границ водоносного горизонта (уреза, водоема, соседних водонепроницаемых пород и т.д.). В практике при расположении скважины на значительном расстоянии от границ водоносного горизонта их влияние не учитывают.
Расстояние, за пределами которого влияние откачки практически отсутствует, принимается за радиус влияния откачки. Для хорошо изученных районов величину радиуса влияния рекомендуется определять опытным путем. Для мало изученных районов величину радиуса влияния ориентировочно можно рассчитывать по формулам или принимать по таблице их вероятных значений.
Зависимость величины радиуса влияния от удельного дебита скважин [2].
Радиус влияния , м |
500-300 |
300-100 |
100-50 |
Удельный дебит, м/ч |
7,2 |
7,2-3,6 |
3,6-1,8 |
|
|
|
|
Радиус влияния , м |
50-25 |
25-10 |
10 |
Удельный дебит, м/ч |
1,8-1,2 |
1,2-0,7 |
0,7 |
Величина радиуса депрессии при опытной откачке из одиночной скважины в безнапорных условиях с понижением уровня на несколько метров может колебаться примерно в следующих размерах (в метрах):
пески:
мелкозернистые |
25-200 |
среднезернистые |
100-500 |
крупнозернистые |
400-1000 |
Вероятные значения радиуса депрессии для рыхлых пород при откачках из вертикальных выработок продолжительностью в несколько суток, по Д.И. Щеголеву, приведены в табл. 29.
Таблица 29