Міністерство освіти Республіки Білорусь
Білоруський національний технічний університет
Кафедра «Геології»
Реферат
На тему: "Характеристика грунтових вод"
Виконав: ст. гр. 112158 Сидоренко А.В.
Перевірив: Колпашников Г.А.
Мінськ-2009
Грунтові води
Грунтові води - це підземні води першого від поверхні постійно існуючого водного горизонту, розташованого на першому водонепроникному шарі (глини). Грунтові води мають вільну водну поверхню, яка піднімається або опускається в залежності від опадів.
Грунтові підземні води заповнюють піски різної зерності і кольору, і як правило грунтові води залягають близько до поверхні. Випадають атмосферні опади завдяки легкої водопроникності пісків вільно просочуються і накопичуються в їх основі на глинистому ложі. Глибина залягання води в перших від поверхні пісках дуже різна - від 2-3м до 20-25м від поверхні.
Грунтові води, в слідстві мінливості порід їх вміщають (піски і супіски), а також виклинювання і заміщення пісків суглинними породами, часто перебувають у складному взаємозв'язку між собою і з водами річок і озер.
Положення дзеркала води грунтових вод повністю визначається рельєфом місцевості, кількістю опадів, що випали і сезоном року. У весняний та осінній час року рівень води на 1-2м вище, ніж в літні місяці. Значне пониження рівня спостерігається також у зимовий період, коли інфільтрація атмосферних опадів майже припиняється. Встановлено одинадцятирічна циклічність коливання рівня грунтових вод.
У воді багатьох колодязів, джерел і свердловин Мінської області відзначено значний вміст заліза. При цьому збагачення залізом відзначається переважно там, де розвинені болотні грунти, торфовища (болотні руди) або де в гірській породі багато залізистих сполук. Окремі аналізи води вказують на їх місцеве забруднення. Забруднення води зазвичай пов'язано з поганим станом колодязних зрубів або свердловин і загальними антисанітарними умовами поблизу колодязів.
Грунтові води використовуються переважно колодязями глибиною від 1-2 до 6-10м.
В умовах вологого клімату розвиваються інтенсивні процеси інфільтрації і підземного стоку, супроводжувані вилуговуванням грунтів і гірських порід. При цьому легко розчинні солі - хлориди та сульфати - виносяться з порід і грунтів; в результаті тривалого водообміну формуються прісні Р. в., Мінералізовані лише за рахунок відносно мало розчинних солей (переважно гідрокарбонатів кальцію). В умовах посушливого теплого клімату (в сухих степах, напівпустелях і пустелях) внаслідок короткочасності випадіння та малої кількості атмосферних опадів, а також слабкою дренированности місцевості підземний стік Р. в. не розвивається; у видатковій частині балансу Р. в. переважає випаровування і відбувається їх засолення.
Поблизу річок, водойм, водосховищ і т.п. грунтові води в значній мірі опріснені і за якістю можу відповідати нормам питної води.
Поблизу звалищ, скотомогильників, різного роду хімічних, радіоактивних поховань Г.В. грунтові води заражені, таким чином є показником чистоти грунтів, місцевості.
Відмінності умов формування грунтових вод обумовлюють зональність їх географічного розподілу, яка тісно пов'язана з зональністю клімату, грунтового та рослинного покриву. У лісових, лісостепових і степових районах поширені прісні (або слабомінералізовані) грунтові води; в межах сухих степів, напівпустель і пустель на рівнинах переважають солоні грунтові води, серед яких прісні води зустрічаються лише на окремих дільницях.
Грунтові води укладена в пухких і в слабосцементірованних породах (вода пластового типу) чи заповнює тріщини в корі вивітрювання (вода тріщинного типу). Область живлення грунтових вод зазвичай збігається з областю її поширення. Для останніх характерні зональності широтна на рівнинних і вертикальна на високогірних областях.
Режим грунтових вод формується під впливом фізико-геогрфіческіх факторів (клімату, рельєфу, поверхневих вод та ін.)
Так як галузі харчування і розповсюдження грунтових вод зазвичай збігаються. Внаслідок цієї умови формування і режим грунтових вод мають характерними особливостями, що відрізняють їх від більш глибоких артезіанських вод: грунтові води чутливі до всіх атмосферних змін. У залежності від кількості випадаючих атмосферних опадів поверхню грунтових вод відчуває сезонні коливання: в суху пору року вона знижується, у вологе - підвищується, змінюються також дебіт, хімічний склад і температура грунтових вод. Поблизу річок і водойм зміни рівня, витрат і хімічного складу грунтових вод визначаються характером гідравлічної зв'язку їх з поверхневими водами і режимом останніх. Величина стоку грунтових Водрем за багаторічний період приблизно дорівнює кількості води, що надійшла шляхом інфільтрації.
Найбільш значні запаси грунтових вод зосереджені в алювіальних відкладах річкових долин, в конусах виносу передгірних областей, а також у неглибоко залягають масивах тріщинуватих і закарстованих вапняків (рідше в тріщинуватих вивержених породах).
Грунтові води в силу відносно легкої доступності мають велике значення для народного господарства як джерела водопостачання промислових підприємств, міст, селищ, населених пунктів у сільській місцевості і т. д..
Будівництво часто ведуть в умовах, коли грунтові води зустрічаються на глибині 1-2 м від поверхні. У цих випадках грунт, придатний для відсипання підстави, і підошва споруди виявляються під рівнем грунтових вод. Якщо немає можливості знизити цей рівень, то в подальшому можуть виникнути серйозні помилки.
Майданчик для фундаменту, що знаходиться під рівнем грунтових вод, вже в процесі виїмки грунту буває затоптана і розмита; грунт стає пухким, втрачає свої початкові властивості, у тому числі несучу здатність. Вихідна розрахункова площа порушеного грунту вже не буде достатньою, виникнуть непередбачені просідання, які фундамент не витримає, а також тріщини, руйнування.
Перед проектуванням фундаменту необхідно отримати інформацію про склад грунту: не менш важливо мати точні дані про рівень грунтових вод, їх обсязі. Припускається помилки той, хто нехтує такою інформацією, відсутність якої призводить до різних ушкоджень.
Шари грунту мають неоднакову водопроникність. У таких шарах вода знаходиться в стані спокою часом на високому рівні. Нагромаджені грунтові води не мають стоку і надають різне за величиною тиск на конструкції, фундаменти, занурені в грунт. Наприклад, на 1 м2 підлоги підвалу, «зануреного» на 1 м у грунтову воду, діє знизу нагору сила в 1 т. Щоб протидіяти їй, необхідно укласти бетонну плиту товщиною близько 0,46 м. Ця небезпечна особливість грунтових вод далеко не всім відома , тому іноді не звертають на неї належної уваги.
Перед початком будівництва слід визначити заздалегідь не тільки рівень грунтових вод, але також інші небезпечні їх властивості. Зустрічаються грунтові води, у яких розчинені сульфати, солі та інші хімічні речовини, наприклад органічні кислоти, вугільна кислота; нерідко в них містяться різні лугу.
Найбільш агресивне середовище створює вода з великим вмістом сульфатів, при впливі на бетон вона може його повністю зруйнувати. Наявний у воді сірчаний ангідрид S03 вступає в хімічну реакцію з складовими цементу, в результаті чого утворюється сульфоалюмінат кальцію - так звана «цементна бацила». Ця подвійна сіль розчиняє і розпушує бетон; одночасно матеріал кристалізується.
Для оцінки можливого максимального забруднення грунтових вод нейтральними забруднювачами, які не сорбуються грунтами і породами зони аерації, слід скористатися найпростішою моделлю переносу забруднення води - моделлю поршневого витіснення, коли інтенсивність руху фронту інфільтрують вологи через захисну зону збігається з інтенсивністю міграції забруднення води. Ступінь захищеності грунтових вод буде визначатися часом досягнення фронтом інфільтрують вологи (tз) рівня грунтових вод, для цього використовуємо такий вираз, замінивши в ньому недолік насичення порід на їх природну вологість:
де W - інфільтраційне харчування грунтових вод, м / рік; θ - природна вологість порід; М - потужність зони аерації - глибина залягання грунтових вод (м).
Категорії захищеності грунтових вод від забруднення вибиралися відповідно до вимог до строків дії водозаборів підземних вод. Були встановлені наступні категорії захищеності грунтових вод від забруднення нейтральними ЗВ:
- Надзвичайно слабо захищені грунтові води (tз = 0-5 років);
- Слабо захищені грунтові води (tз = 5-10 років);
- Середньо захищені грунтові води (tз = 10-25 років);
- Умовно захищені грунтові води (tз = 25-50 років);
- Захищені грунтові води (tз> 50 років).
Грунтові води формуються в основному з вод атмосферних опадів, що випадають на земну поверхню і просочуються (інфільтрують) у землю на деяку глибину, і з вод з боліт, річок, озер і водосховищ, також просочуються в землю. Кількість вологи, що проганяється таким чином в грунт, становить за даними А. Ф. Лебедєва, 15-20% загальної кількості атмосферних опадів.
Проникнення вод в грунти (водопроникність), що складають земну кору, залежить від фізичних властивостей цих грунтів. У відношенні водопроникності грунти діляться на три основні групи: водопроникні, напівпроникні і водонепроникні або водотривкі.
До водопроникним порід відносяться великоуламкові породи, галечник, гравій, піски, тріщинуваті породи і т.д. До водонепроникним породам - масивно-кристалічні породи (граніт, порфір, мармур), що мають мінімальну вбирати в себе вологу, і глини. Останні, просочившись водою, надалі її не пропускають. До порід напівпроникні відносяться глинисті піски, лес, пухкі пісковики, Рихлі мергелі і т.п.
У грунтах частина його обсягу займають тверді мінерали, а іншу частину - пори, які обумовлюють водопроникність. Різні види грунтів мають різною водопроникністю. За інших рівних умовах кращої водопроникністю мають піщані грунти і меншою - глинисті.
Водопроникністю грунту називають його здатність пропускати через себе свободногравітаціонную воду під дією різниці напорів. Від водопроникності грунтів залежить ряд процесів, що впливають на стійкість споруд, в тому числі:
швидкість ущільнення основи (грунтів);
суфозія грунту - переміщення або винесення дрібних частинок по порах, утвореним більшими частками під впливом фільтраційного потоку;
зсувні явища - переміщення грунтових мас під дією сили тяжіння або зовнішнього навантаження.
Рух свободногравітаціонной води в грунтах підстав називається фільтрацією. Фільтрація може відбуватися за різними напрямками:
Схеми руху води у фунтах: l - довжина або висота зразка грунту; ΔН - різниця відміток води перед входом в зразок і виходом з нього
Таким чином, рух води в грунті відбувається під дією виникає в ньому градієнта напору.
Рух води в піщаних і глинистих грунтах розглядається як паралельно-струминне, тобто має ламінарний характер руху, так як швидкість фільтрації в таких грунтах невелика.
Перші експерименти з вивчення фільтрації води були поставлені французьким інженером А. Дарсі в 1854 р. Дарсі встановив, що обсяг води V, профільтрувати через заповнену піском трубу, пропорційний площі її поперечного перерізу, втрат напору і тривалості фільтрації:
V = k f JAt,
де kf - коефіцієнт фільтрації, см / с (м / добу); J - гідравлічний градієнт (ухил), рівний втрати напору на шляху фільтрації:
де kѓ - площа поперечного перерізу трубки, м2;
t - тривалість фільтрації, с.
Коефіцієнт фільтрації
Коефіцієнт фільтрації - це швидкість фільтрації при гідравлічному градієнті, що дорівнює одиниці. Він широко використовується в практиці гідрогеологічних розрахунків, характеризує водопроникність грунтів, залежить від грануломефіческого складу, щільності та пористості грунту. Коефіцієнт фільтрації визначається в лабораторних і польових умовах.
Середні орієнтовні значення коефіцієнта фільтрації для деяких видів грунтів наведені в таблиці.
Орієнтовні значення коефіцієнта фільтрації:
Для добре фільтруючих грунтів (пісків і супісків) коефіцієнт фільтрації визначають за допомогою приладу (рис. 5.16), що складається з труби довжиною l, заповненої грунтом, і двох трубок - підводить і відводить воду. При різниці напорів Н2 - Н1 вода буде фільтруватися під дією градієнта (J). Визначивши обсяг води V, профільтрувалась за час t, можна за формулою
Залежність швидкості фільтрації (Vѓ) від гідравлічного фадіента, що характеризує водопроникність фунтів, носить назву закону ламінарної фільтрації. Математичне вираження цього закону, запропоноване Дарсі, має вигляд
Схема установки для визначення коефіцієнта фільтрації
Формулюється закон ламінарної фільтрації наступним чином: швидкість руху (фільтрації) води в грунті прямо пропорційна гідравлічному градієнту.
Фільтрація води у в'язких глинистих грунтах має свої особливості, пов'язані з малими розмірами пор і в'язким опором водноколоїдне плівок, обволакивающих мінерали грунтів.
Рух (фільтрація) води в глинистих грунтах, на відміну від піщаних (крива а), починається лише при досягненні деякого градієнта напору (крива б), що долає внутрішній опір руху води.
Залежність швидкості фільтрації в грунті від гідравлічного градієнта
Для кривої (б) розрізняють три ділянки:
I - початковий (0-1), коли швидкість фільтрації практично дорівнює нулю (Vf = 0);
II - перехідний (1-2) криволінійну ділянку;
III - прямолінійний (2-3), що характеризує процес усталеною фільтрації.
Таким чином, у глинистих грунтах, особливо в щільних, при відносно невеликих значеннях градієнта напору фільтрація може не виникати (ділянка 0-1, крива б). Збільшення градієнта напору призведе до поступового, дуже повільного розвитку фільтрації (ділянка 1-2). Нарешті, при деяких значеннях гідравлічного градієнта встановлюється постійний режим (ділянка 2-3).
Напірний градієнт, до досягнення якого фільтрація у грунті не спостерігається, називається початковим градієнтом (J'0).
У багатьох випадках виключають з розгляду ділянку 0-2 кривою «б» і закон ламінарної фільтрації для глинистих грунтів приймають у вигляді
де J'0 - початковий градієнт напору, тобто ділянку на осі J, що відтинає продовження відрізка прямої 2-3 до перетину з цією віссю. Для піщаних грунтів фільтрація починається відразу після передачі натиску (крива а).
Список використаної літератури
1. Грунтові води у великій радянській енциклопедії (Вікіпедія)
2. Ланге OK Підземні води СРСР, ч. 1-2, М., 1959-1963.
3. Саваренський Ф. П., Гідрогеологія, М., 1935; Ланге О. К., Гідрогеологія, М., 1969.
Білоруський національний технічний університет
Кафедра «Геології»
Реферат
На тему: "Характеристика грунтових вод"
Виконав: ст. гр. 112158 Сидоренко А.В.
Перевірив: Колпашников Г.А.
Мінськ-2009
Грунтові води
Грунтові води - це підземні води першого від поверхні постійно існуючого водного горизонту, розташованого на першому водонепроникному шарі (глини). Грунтові води мають вільну водну поверхню, яка піднімається або опускається в залежності від опадів.
Грунтові підземні води заповнюють піски різної зерності і кольору, і як правило грунтові води залягають близько до поверхні. Випадають атмосферні опади завдяки легкої водопроникності пісків вільно просочуються і накопичуються в їх основі на глинистому ложі. Глибина залягання води в перших від поверхні пісках дуже різна - від 2-3м до 20-25м від поверхні.
Грунтові води, в слідстві мінливості порід їх вміщають (піски і супіски), а також виклинювання і заміщення пісків суглинними породами, часто перебувають у складному взаємозв'язку між собою і з водами річок і озер.
Положення дзеркала води грунтових вод повністю визначається рельєфом місцевості, кількістю опадів, що випали і сезоном року. У весняний та осінній час року рівень води на 1-2м вище, ніж в літні місяці. Значне пониження рівня спостерігається також у зимовий період, коли інфільтрація атмосферних опадів майже припиняється. Встановлено одинадцятирічна циклічність коливання рівня грунтових вод.
У воді багатьох колодязів, джерел і свердловин Мінської області відзначено значний вміст заліза. При цьому збагачення залізом відзначається переважно там, де розвинені болотні грунти, торфовища (болотні руди) або де в гірській породі багато залізистих сполук. Окремі аналізи води вказують на їх місцеве забруднення. Забруднення води зазвичай пов'язано з поганим станом колодязних зрубів або свердловин і загальними антисанітарними умовами поблизу колодязів.
Грунтові води використовуються переважно колодязями глибиною від 1-2 до 6-10м.
В умовах вологого клімату розвиваються інтенсивні процеси інфільтрації і підземного стоку, супроводжувані вилуговуванням грунтів і гірських порід. При цьому легко розчинні солі - хлориди та сульфати - виносяться з порід і грунтів; в результаті тривалого водообміну формуються прісні Р. в., Мінералізовані лише за рахунок відносно мало розчинних солей (переважно гідрокарбонатів кальцію). В умовах посушливого теплого клімату (в сухих степах, напівпустелях і пустелях) внаслідок короткочасності випадіння та малої кількості атмосферних опадів, а також слабкою дренированности місцевості підземний стік Р. в. не розвивається; у видатковій частині балансу Р. в. переважає випаровування і відбувається їх засолення.
Поблизу річок, водойм, водосховищ і т.п. грунтові води в значній мірі опріснені і за якістю можу відповідати нормам питної води.
Поблизу звалищ, скотомогильників, різного роду хімічних, радіоактивних поховань Г.В. грунтові води заражені, таким чином є показником чистоти грунтів, місцевості.
Відмінності умов формування грунтових вод обумовлюють зональність їх географічного розподілу, яка тісно пов'язана з зональністю клімату, грунтового та рослинного покриву. У лісових, лісостепових і степових районах поширені прісні (або слабомінералізовані) грунтові води; в межах сухих степів, напівпустель і пустель на рівнинах переважають солоні грунтові води, серед яких прісні води зустрічаються лише на окремих дільницях.
Грунтові води укладена в пухких і в слабосцементірованних породах (вода пластового типу) чи заповнює тріщини в корі вивітрювання (вода тріщинного типу). Область живлення грунтових вод зазвичай збігається з областю її поширення. Для останніх характерні зональності широтна на рівнинних і вертикальна на високогірних областях.
Режим грунтових вод формується під впливом фізико-геогрфіческіх факторів (клімату, рельєфу, поверхневих вод та ін.)
Так як галузі харчування і розповсюдження грунтових вод зазвичай збігаються. Внаслідок цієї умови формування і режим грунтових вод мають характерними особливостями, що відрізняють їх від більш глибоких артезіанських вод: грунтові води чутливі до всіх атмосферних змін. У залежності від кількості випадаючих атмосферних опадів поверхню грунтових вод відчуває сезонні коливання: в суху пору року вона знижується, у вологе - підвищується, змінюються також дебіт, хімічний склад і температура грунтових вод. Поблизу річок і водойм зміни рівня, витрат і хімічного складу грунтових вод визначаються характером гідравлічної зв'язку їх з поверхневими водами і режимом останніх. Величина стоку грунтових Водрем за багаторічний період приблизно дорівнює кількості води, що надійшла шляхом інфільтрації.
Найбільш значні запаси грунтових вод зосереджені в алювіальних відкладах річкових долин, в конусах виносу передгірних областей, а також у неглибоко залягають масивах тріщинуватих і закарстованих вапняків (рідше в тріщинуватих вивержених породах).
Грунтові води в силу відносно легкої доступності мають велике значення для народного господарства як джерела водопостачання промислових підприємств, міст, селищ, населених пунктів у сільській місцевості і т. д..
Будівництво часто ведуть в умовах, коли грунтові води зустрічаються на глибині 1-2 м від поверхні. У цих випадках грунт, придатний для відсипання підстави, і підошва споруди виявляються під рівнем грунтових вод. Якщо немає можливості знизити цей рівень, то в подальшому можуть виникнути серйозні помилки.
Майданчик для фундаменту, що знаходиться під рівнем грунтових вод, вже в процесі виїмки грунту буває затоптана і розмита; грунт стає пухким, втрачає свої початкові властивості, у тому числі несучу здатність. Вихідна розрахункова площа порушеного грунту вже не буде достатньою, виникнуть непередбачені просідання, які фундамент не витримає, а також тріщини, руйнування.
Перед проектуванням фундаменту необхідно отримати інформацію про склад грунту: не менш важливо мати точні дані про рівень грунтових вод, їх обсязі. Припускається помилки той, хто нехтує такою інформацією, відсутність якої призводить до різних ушкоджень.
Шари грунту мають неоднакову водопроникність. У таких шарах вода знаходиться в стані спокою часом на високому рівні. Нагромаджені грунтові води не мають стоку і надають різне за величиною тиск на конструкції, фундаменти, занурені в грунт. Наприклад, на 1 м2 підлоги підвалу, «зануреного» на 1 м у грунтову воду, діє знизу нагору сила в 1 т. Щоб протидіяти їй, необхідно укласти бетонну плиту товщиною близько 0,46 м. Ця небезпечна особливість грунтових вод далеко не всім відома , тому іноді не звертають на неї належної уваги.
Перед початком будівництва слід визначити заздалегідь не тільки рівень грунтових вод, але також інші небезпечні їх властивості. Зустрічаються грунтові води, у яких розчинені сульфати, солі та інші хімічні речовини, наприклад органічні кислоти, вугільна кислота; нерідко в них містяться різні лугу.
Найбільш агресивне середовище створює вода з великим вмістом сульфатів, при впливі на бетон вона може його повністю зруйнувати. Наявний у воді сірчаний ангідрид S03 вступає в хімічну реакцію з складовими цементу, в результаті чого утворюється сульфоалюмінат кальцію - так звана «цементна бацила». Ця подвійна сіль розчиняє і розпушує бетон; одночасно матеріал кристалізується.
Для оцінки можливого максимального забруднення грунтових вод нейтральними забруднювачами, які не сорбуються грунтами і породами зони аерації, слід скористатися найпростішою моделлю переносу забруднення води - моделлю поршневого витіснення, коли інтенсивність руху фронту інфільтрують вологи через захисну зону збігається з інтенсивністю міграції забруднення води. Ступінь захищеності грунтових вод буде визначатися часом досягнення фронтом інфільтрують вологи (tз) рівня грунтових вод, для цього використовуємо такий вираз, замінивши в ньому недолік насичення порід на їх природну вологість:
де W - інфільтраційне харчування грунтових вод, м / рік; θ - природна вологість порід; М - потужність зони аерації - глибина залягання грунтових вод (м).
Категорії захищеності грунтових вод від забруднення вибиралися відповідно до вимог до строків дії водозаборів підземних вод. Були встановлені наступні категорії захищеності грунтових вод від забруднення нейтральними ЗВ:
- Надзвичайно слабо захищені грунтові води (tз = 0-5 років);
- Слабо захищені грунтові води (tз = 5-10 років);
- Середньо захищені грунтові води (tз = 10-25 років);
- Умовно захищені грунтові води (tз = 25-50 років);
- Захищені грунтові води (tз> 50 років).
Грунтові води формуються в основному з вод атмосферних опадів, що випадають на земну поверхню і просочуються (інфільтрують) у землю на деяку глибину, і з вод з боліт, річок, озер і водосховищ, також просочуються в землю. Кількість вологи, що проганяється таким чином в грунт, становить за даними А. Ф. Лебедєва, 15-20% загальної кількості атмосферних опадів.
Проникнення вод в грунти (водопроникність), що складають земну кору, залежить від фізичних властивостей цих грунтів. У відношенні водопроникності грунти діляться на три основні групи: водопроникні, напівпроникні і водонепроникні або водотривкі.
До водопроникним порід відносяться великоуламкові породи, галечник, гравій, піски, тріщинуваті породи і т.д. До водонепроникним породам - масивно-кристалічні породи (граніт, порфір, мармур), що мають мінімальну вбирати в себе вологу, і глини. Останні, просочившись водою, надалі її не пропускають. До порід напівпроникні відносяться глинисті піски, лес, пухкі пісковики, Рихлі мергелі і т.п.
У грунтах частина його обсягу займають тверді мінерали, а іншу частину - пори, які обумовлюють водопроникність. Різні види грунтів мають різною водопроникністю. За інших рівних умовах кращої водопроникністю мають піщані грунти і меншою - глинисті.
Водопроникністю грунту називають його здатність пропускати через себе свободногравітаціонную воду під дією різниці напорів. Від водопроникності грунтів залежить ряд процесів, що впливають на стійкість споруд, в тому числі:
швидкість ущільнення основи (грунтів);
суфозія грунту - переміщення або винесення дрібних частинок по порах, утвореним більшими частками під впливом фільтраційного потоку;
зсувні явища - переміщення грунтових мас під дією сили тяжіння або зовнішнього навантаження.
Рух свободногравітаціонной води в грунтах підстав називається фільтрацією. Фільтрація може відбуватися за різними напрямками:
Схеми руху води у фунтах: l - довжина або висота зразка грунту; ΔН - різниця відміток води перед входом в зразок і виходом з нього
Таким чином, рух води в грунті відбувається під дією виникає в ньому градієнта напору.
Рух води в піщаних і глинистих грунтах розглядається як паралельно-струминне, тобто має ламінарний характер руху, так як швидкість фільтрації в таких грунтах невелика.
Перші експерименти з вивчення фільтрації води були поставлені французьким інженером А. Дарсі в 1854 р. Дарсі встановив, що обсяг води V, профільтрувати через заповнену піском трубу, пропорційний площі її поперечного перерізу, втрат напору і тривалості фільтрації:
V = k f JAt,
де kf - коефіцієнт фільтрації, см / с (м / добу); J - гідравлічний градієнт (ухил), рівний втрати напору на шляху фільтрації:
де kѓ - площа поперечного перерізу трубки, м2;
t - тривалість фільтрації, с.
Коефіцієнт фільтрації
Коефіцієнт фільтрації - це швидкість фільтрації при гідравлічному градієнті, що дорівнює одиниці. Він широко використовується в практиці гідрогеологічних розрахунків, характеризує водопроникність грунтів, залежить від грануломефіческого складу, щільності та пористості грунту. Коефіцієнт фільтрації визначається в лабораторних і польових умовах.
Середні орієнтовні значення коефіцієнта фільтрації для деяких видів грунтів наведені в таблиці.
Орієнтовні значення коефіцієнта фільтрації:
| Грунт | Коефіцієнт фільтрації kѓ, м / добу. |
| Галечникові (чистий) | 200 |
| Гравійний (чистий) | Від 100 до 200 |
| Великоуламковий з піщаним заповнювачем | Від 100 до 150 |
| Пісок: гравелистий великий середньої крупності дрібний пилуватий | Від 50 до 100 |
| Від 25 до 75 | |
| Від 10 до 25 | |
| Від 2 до 10 | |
| Від 0,1 до 2 | |
| Супісок | Від 0,1 до 0,7 |
| Суглинок | 0,005 до 0,4 |
| Глина | 0,005 |
| Торф: слаборазложившегося среднеразложівшійся сільноразложівшійся | Від 1 до 4 |
| Від 0,15 до 1,0 | |
| Від 0,01 до 0,15 |
Залежність швидкості фільтрації (Vѓ) від гідравлічного фадіента, що характеризує водопроникність фунтів, носить назву закону ламінарної фільтрації. Математичне вираження цього закону, запропоноване Дарсі, має вигляд
Схема установки для визначення коефіцієнта фільтрації
Формулюється закон ламінарної фільтрації наступним чином: швидкість руху (фільтрації) води в грунті прямо пропорційна гідравлічному градієнту.
Фільтрація води у в'язких глинистих грунтах має свої особливості, пов'язані з малими розмірами пор і в'язким опором водноколоїдне плівок, обволакивающих мінерали грунтів.
Рух (фільтрація) води в глинистих грунтах, на відміну від піщаних (крива а), починається лише при досягненні деякого градієнта напору (крива б), що долає внутрішній опір руху води.
Залежність швидкості фільтрації в грунті від гідравлічного градієнта
Для кривої (б) розрізняють три ділянки:
I - початковий (0-1), коли швидкість фільтрації практично дорівнює нулю (Vf = 0);
II - перехідний (1-2) криволінійну ділянку;
III - прямолінійний (2-3), що характеризує процес усталеною фільтрації.
Таким чином, у глинистих грунтах, особливо в щільних, при відносно невеликих значеннях градієнта напору фільтрація може не виникати (ділянка 0-1, крива б). Збільшення градієнта напору призведе до поступового, дуже повільного розвитку фільтрації (ділянка 1-2). Нарешті, при деяких значеннях гідравлічного градієнта встановлюється постійний режим (ділянка 2-3).
Напірний градієнт, до досягнення якого фільтрація у грунті не спостерігається, називається початковим градієнтом (J'0).
У багатьох випадках виключають з розгляду ділянку 0-2 кривою «б» і закон ламінарної фільтрації для глинистих грунтів приймають у вигляді
де J'0 - початковий градієнт напору, тобто ділянку на осі J, що відтинає продовження відрізка прямої 2-3 до перетину з цією віссю. Для піщаних грунтів фільтрація починається відразу після передачі натиску (крива а).
Список використаної літератури
1. Грунтові води у великій радянській енциклопедії (Вікіпедія)
2. Ланге OK Підземні води СРСР, ч. 1-2, М., 1959-1963.
3. Саваренський Ф. П., Гідрогеологія, М., 1935; Ланге О. К., Гідрогеологія, М., 1969.