Водопроницаемость грунтов
Во время уплотнения грунта из его пор выдавливается вода. Процесс уплотнения зависит от скорости отжатия воды из пор, которая определяется законом фильтрации воды в грунте. Фильтрацией называется движение воды в грунте.
Закон ламинарной фильтрации
Ламинарным движением жидкости называется такое движение, при котором линии токов не пересекаются между собой; при их пересечении движение жидкости называется турбулентным.
Математическое выражение этого закона, предложенное Дарси в 1885 г, имеет вид:
, (2.0)
где
- скорость фильтрации (объем воды,
проходящий через единицу площади
поперечного сечения грунта в единицу
времени);
-
гидравлический градиент, равный потере
напора
,
отнесенный к пути фильтрации
:
; (2.0)
-
коэффициент фильтрации, равный скорости
фильтрации при гидравлическом градиенте
.
Закон ламинарной фильтрации формулируется так: скорость фильтрации прямо пропорциональна гидравлическому градиенту.
Как показывают опыты, движение воды в грунтах в большинстве случаев является ламинарным.
Рис. 2.9. Схема фильтрации воды в грунте
Величина напора определяется не только расположением поверхности подземных вод, но и внешним давлением от сооружения, которое также вызывает движение свободной и рыхлосвязанной воды.
Напор, создаваемый внешней нагрузкой, равен:
, (2.0)
где:
- давление сооружения на грунт;
- удельный вес воды.
Рис. 2.10. Фильтрация воды в грунте после строительства здания
а - уровень подземных вод до загружения грунта; б - уровень подземных вод после загружения
Закон ламинарной фильтрации используется при определении осадок сооружений, развивающихся во времени. Она зависит от доли напряжений, передаваемых на скелет грунта и на воду, находящуюся в порах. Поровая вода под действием возникающего в ней давления постепенно отжимается и передает напряжение на скелет грунта, поэтому деформируемость грунтов зависит от фильтрационной способности грунта. Закон фильтрации также используется при определении притока воды в котлован и расчета водопонижающих установок.
О начальном градиенте в глинистых грунтах
Фильтрация воды в глинистых грунтах начинается лишь при достижении градиентом напора некоторого начального значения, преодолевающего внутреннее сопротивление, оказываемое водно-коллоидными связями.
Рис.
2.11.
Зависимость скорости фильтрации
от градиента напора
I - для песка; II - для глины
На кривой II(рис. 2 .11) для пылевато-глинистых грунтов можно выделить три участка:
- скорость фильтрации практически равна нулю;
1-2 - переходной, криволинейный;
2-3 - прямолинейный, установившейся фильтрации (скорость фильтрации пропорциональна градиенту).
Для участка установившейся фильтрации справедлива зависимость:
, (2.0)
где
- начальный градиент напора для глины.
Учет закономерности ( 2 .0) при прогнозе осадок глинистых грунтов позволяет точнее подойти к их оценке.