7. Розрахунок водно-фізичних властивостей ґрунтів

Завдання. Розрахувати щільність породи зразка грунту ρ₀, щільність сухого скелету грунту ρ_с, щільність твердих часток ρ_d, пористість ґрунту п, польову вологість W_пв,об’ємну вологість W_о, максимальну вологість W_тах, вагову вологість грунту W_в, коефіцієнт пористості е₀, коефіцієнт водонасичення S, якщо при визначенні характеристик глинистого грунту методом ріжучих кілець (об’єм кільця V_к =50 см³).

Щільність грунту (ρ₀) – це маса одиниці об’єму породи в умовах природного залягання і вологості.

, (7.1)

де т₁ – маса вологого грунту, г; т₀ – маса порожнього бюксу, г; V – об’єм породи грунту, см³.

Щільність сухого грунту ρ_с визначають за формулою:

, (7.2)

де т₂ - маса абсолютно сухого грунту, г.

Щільність твердих часток грунту визначають за формулою:

, (7.3)

де е₀ – коефіцієнт пористості.

Коефіцієнт пористості визначається за формулою:

, (7.4)

де п – пористість, яка визначається за формулою:

. (7.5)

Вологістю грунту називають відношення маси води у грунті до маси сухих часток грунту в даному об’ємі, виражене в долях від одиниці, розраховуємо за формулою:

%. (7.2)

Вагова вологість (W_в), визначається за формулою:

. (7.6)

Об’ємна вологість (W_о), визначається за формулою:

. (7.7)

Максимальна вологість грунту (W_тах), визначається за формулою: . (7.8)

Польова вологість грунту (W_пв), визначається за формулою:

. (7.9)

Коефіцієнт водонасичення S – ступінь заповнення об’єму пор грунту водою, визначається за формулою:

, (7.10)

де ρ_у – густина утримування, яка приймається у наших розрахунках 1,5 г/см³.

За ступенем водонасичення ґрунти класифікуються на:

0-0,5 – ґрунти малого ступеня водо насичення (галька, гравій);

0,5-0,8 - грунти середнього ступеня водонасичення (піски);

0,8-1,0 – грунти насичені водою (глини, суглинки).

8. Визначення коефіцієнта фільтрації

Коефіцієнт фільтрації – це здатність грунту пропускати воду. Визначення коефіцієнту фільтрації порід можна здійснювати на основі використання емпіричних формул (Хазена, трубки Спецгео (КФ-1), лабораторних і польових досліджень - трубки КФЗ (Д.І. Знаменського) або (ПВН – Нестерова).

Розрахунок коефіцієнта фільтрації проводиться за формулою:

1) Для безнапірних вод

, (8.1)

де К_ф - коефіцієнт фільтрації, м/добу; Q – витрата свердловини, м³/добу; R – віддаль від центральної свердловини до спостережної, м; r - радіус центральної свердловини в м; H – потужність горизонту ґрунтових вод, м; S і S₁ - величина пониження рівня підземних вод відповідно у центральній та спостережній свердловинах, м.

2) Для напірних вод

, (8.2)

де т – потужність напірного водоносного горизонту, м.

Витрата води дана в л/с, нам необхідно її перевести в м³/добу, для цього її необхідно помножити на 86400 с і поділити на 1000 л, тобто витрату помножимо на 86,4.

Завдання. Розрахувати коефіцієнт фільтрації для заданої свердловини при відкачці води для напірних та безнапірних вод (Таблиця 8.1).

Таблиця 8.1

Дані для розрахунку коефіцієнта фільтрації

№ варіанта	Витрата, Q, л/с	Глибина до рівня води, м		Потужність водоносного горизонту Н або т	Центральна свердловина		Спостережна свердловина
		появлення	встановлення		діаметр, мм	пониження S, м	віддаль від центральної R, м	пониження, S1,м
1	0,3	5,6	5,6	9,0	200	2,0	7,0	1,5
2	1,6	18,5	14,0	8,0	200	4,0	6,0	1,2
3	0,9	8,5	8,5	10,0	200	2,6	7,0	0,7
4	1,3	4,0	4,0	11,6	200	2,5	6,0	0,3
5	0,7	4,5	4,5	8,0	200	2,5	8,0	0,3
6	2,2	21,3	9,8	9,0	200	6,0	8,0	2,2
7	1,8	21,0	12,0	4,8	200	7,8	12,0	0,8
8	0,6	5,0	5,0	9,5	200	2,5	8,0	0,5
9	1,5	3,6	3,6	9,6	200	2,8	8,0	0,5
10	1,7	25,4	19,8	0,3	200	5,0	10,0	0,9
11	1,2	9,2	9,2	4,5	200	4,0	6,0	0,6
12	1,4	15,6	9,2	6,6	200	3,4	8,0	1,2
13	2,3	3,2	3,2	9,5	200	6,6	5,0	0,6
14	0,6	5,8	5,8	12,0	200	5,3	7,0	0,7
15	0,8	32,0	25,5	13,0	200	7,6	8,0	2,0
16	1,1	16,2	10,0	11,0	200	7,7	6,0	1,8
17	1,5	4,7	4,7	2,5	200	3,0	5,0	0,4
18	2,0	14,2	7,2	6,8	200	8,0	8,0	1,9
19	2,5	3,3	1,2	0,2	200	2,0	3,0	0,3
20	2,3	9,6	9,6	3,4	200	1,5	4,0	0,7