Движение грунтовых вод

Общие сведения

Фильтрацией называется движение жидкости или газа сквозь пористую среду. Частным случаем фильтрации является движение воды по порам грунта. Грунтовая вода, заполняя поры между частицами грунта, может двигаться по действием силы тяжести или разницы давлений. Вод в грунт попадает либо в результате атмосферных осадков либо в результате фильтрации из водоемов на поверхност (рис. 11.1) или внутри земли.

Некоторые грунты, например глинистые, имеют настолько маленькие поры, что вода под действием гравитационных сил не может проникать внутрь таких грунтов. Поверхности таких грунтов являются площадками, где могут собираться грунтовые воды, т. е. водоупорами. Если эти поверхности имеют уклон, грунтовые воды под действием силы тяжести двигаются по ним аналогично обычным безнапорным потокам, только по порам. Свободную поверхност таких безнапорных грунтовых потоков, на которой давление атмосферное, часто называют депрессионной поверхно-

Рис. 11.1. Образование грунтовых потоков.

стыо, а кривую, отображающую эту поверхность в разрезе грунтового потока, — депрессионной кривой.

Пористый слой грунта, заполненный водой, называют водоносным слоем (пластом). Грунтовые потоки могут быт напорными, если их движение происходит в водоносно пласте, сверху и снизу ограниченном водоупорами, под действием разницы давлений в начале и конце потока.

Движение грунтовых вод может быть ламинарным и турбулентным.

Грунтовые потоки в песках и водопроницаемых глинистых грунтах обычно бывают ламинарными, а в гравии, гальке могут быть турбулентными.

Все основные понятия, относящиеся к обычным потокам, применимы и к грунтовым.

Грунтовые потоки могут быть установившимися и неус-тановившимися, установившиеся потоки — равномерными и неравномерными.

Одной из важных характеристик грунтов с точки зрения их фильтрационных свойств является их пористость — отношение объема пор У_п к общему объему грунта У:

Например, для песка т = 0,3-^0,45, для глины т = = 0,4⁰, 55.

По размерам поры разделяют на сверхкапиллярные (размеры более 0,5 мм), капиллярные (0,002—0,5 мм) и субкапиллярные. Субкапиллярпые грунты практически непроницаемы для жидкостей.

Одной из важнейших характеристик грунтовых потоков является фильтрационный расход ().

Фильтрационным расходом называется объем воды, проходящий через сечение грунтового потока в единицу времени:

т.е. это обычное определение расхода, но вот характеристики потока, определяющие величину расхода, требуют специального пояснения.

Площадь живого сечения грунтового потока со представляет собой сумму площади пор со_пор и площади сечений зерен грунта оо_ф:

Но вода движется только по порам грунта. Поэтому для определения расхода вводится понятие средней скорост фильтрационного потока:

Часто слово «средняя» опускается, и говорят о скорости фильтрационного потока, которая является фиктивной скоростью. Ее величина значительно отличается от скорост течения воды через поры грунта у_ист:

Если принять т ~ со_1|ор/со, то.