12 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 . В грунтах в большинстве случаев движение воды будет ламинарным . Ламинарное движение воды происходит с тем большей скоростью, чем больше уклон поверхности уровня грунтовых вод (так называемый «гидравлический градиент»). Закон ламинарной фильтрации: расход воды в единицу времени через единицу площади поперечного сечения грунта (скорость фильтрации) прямо пропорционален гидравлическому градиенту 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.

13 Определение коэффициента фильтрации

Согласно закону Дарси при ламинарном движении воды в полностью водонасыщенном грунте количество воды, фильтрующейся через него в единицу времени, пропорционально площади А, разности напоров воды ΔH, под действием которой происходит фильтрация, и обратно пропор- ционально длине пути фильтрации L: q  K AHL^-1.

Здесь Kф – коэффициент фильтрации, а HL^-1  J – гидравлический градиент напора. Скорость фильтрации _ф определяется как расход воды, протекающей через единицу площади поперечного сечения потока.

 _ф  q  A^-1  K_ф J ,

т.е. скорость фильтрации зависит линейно от гидравлического градиента. Из линейного закона фильтрации следует: коэффициент фильтрации Kф представляет собой скорость фильтрации воды при градиенте напора J=1. Измеряется Kф в м/сут. Величина этого коэффициента для различных грунтов изменяется в широких пределах и является количественной характеристикой степени его водопроницаемости . Коэффициент фильтрации грунтов зависит от физических свойств грунта и физико-химических свойств воды. Так как вязкость воды снижается с повышением ее температуры, то по- лученное в испытаниях значение Kф при фактической температуре воды Тф приводит к температуре 10 0С путем его деления на поправку:

Т = 0,7 + 0,03Т_ф. Расчетное значение коэффициента фильтрации K_фр ¹⁰ следует принимать равным нормативному K_фn ¹⁰, которое рассчитывается как среднеарифмети ческое n частных значений коэффициента фильтрации K_фi ¹⁰. K_ФР¹⁰  K_фn ¹⁰= 1/n*n(сумма K_фi¹⁰)i=1.

14 Контактное сопротивление грунта к сдвигу. Условие прочности

У большинства нескальных грунтов сопротивление растягивающим напряжениям отсутствует или настолько мало, что его практически не учитывают при проектировании оснований и земляных сооружений. Поэтому деформации такого грунта в основном происходят в результате относительного смещения частиц, а прочность определяется сопротивлением сдвигу, которое оказывают действию внешней нагрузки межчастичные (или контактные) связи.

Контактное сопротивление может быть трёх основных видов:

трение между частицами пропорциональное нормальным силам, действующим по площадкам контакта (фрикционное сопротивление); характерно для обломочных грунтов;

сцепление связности – сопротивление сдвигу частиц, которое не зависит от нормального давления, но изменяется в зависимости от влажности грунтов; характерно для глинистых грунтов;

сцепление цементационное не зависит от влажности; в грунте возможны только малые упругие деформации, после которых сразу и необратимо это сцепление нарушается. У большинства глинистых грунтов контактное трение и сцепление связности могут сочетаться, и эти грунты называют связно-фрикционными.

Определить сопротивление грунта сдвигу можно несколькими способами:

- прямого плоскостного среза;

- простого одноосного сжатия;

- трехосного сжатия на приборе стабилометре;

- вдавливания шарового штампа;

- лопастные испытания

1. Для сыпучих грунтов (различного рода пески, крупнообломочные грунты, галечники). Зависимость σ – τ принимается прямой, проходящей через начало координат и наклонной к оси нормальных напряжений σ под углом внутреннего трения φ 

Из графика можно записать следующую зависимость: τ = σ · tgφ

Указанная зависимость – условие прочности грунта (закон Кулона) для сыпучих тел: сопротивление сыпучих грунтов сдвигу есть сопротивление трения, прямо пропорциональное нормальному давлению.

2. Для связных грунтов (пылевато-глинистые грунты) прямая σ – τ не проходит через начало координат, а отсекает отрезок c на оси τ, так как в связных грунтах, обладающих сцеплением между частицами, при отсутствии нормального давления (σ = 0) сопротивление грунта сдвигу больше нуля, что обусловливается силами сцепления

Общее сопротивление сдвигу связного грунта можно выразить уравнением:

τ = σ · tgφ + c

Таким образом, сопротивление связного грунта сдвигу складывается из сопротивления трения, пропорционального нормальному давлению, плюс сцепление, не зависящее от давления.