49 Коэффициент фильтрации и методы его определения

Как следует из основного з-на движения подземных вод, коэффициент фильтрации- это скорость фильтрации при напорном градиенте I= 1.(Отношение разности напора дельта H к длине пути фильтрации l наз-т гидравлическим уклоном или гидравлическим градиентом I) Коэффициент фильтрации грунтов в основном определяется геометрией пор, т. е. их размерами и формой. На значение коэффициента фильтрации влияют также свойства фильтрующейся воды (вязкость, плотность), минеральный состав фунтов, степень засоленности и др. Вязкость воды, в свою очередь, зависит от температуры, поэтому нередко вводится поправоч ный температурный коэффициент (0,7—0,03) для приведения водо проницаемости к единой температуре 10 °С.

Методы определения

Для получения обоснованных значений коэффициента фильтрации применяют расчетные, лабораторные и полевые методы. 1)Расчетным путем КФ определяют преимущественно для песков и гравелистых пород. Расчетные методы являются приближенными и рекомендуются лишь на первоначальных стадиях исследования. Для расчетов используют одну из м ногочисленных эмпирических фор- мул, связывающих КФ грунта с его гранулометрическим составом, пористостью, степенью однородности и т. д.

Полевые методы позволя-ют определить КФв условиях естественного залегания пород и циркуляции подземных вод, что обеспечивает наиболее достоверные результаты. Вместе с тем полевые методы более трудоемкие и дорогие в сравнении с лабораторными. КФ водоносных пород определяют с помощью откачек воды из скважин, а в случае неводоносныхгрунтов — методом налива воды в шурфы и нагнетанием воды в скважины

50. Коэффициент фильтрации. Закон Дарси Коэффициент фильтрации — физическая величина, являющаяся характеристикой водопропускной способности геологической породы, равная скорости фильтрации воды при градиенте напора равном единице:

Фильтрационные потоки подземных вод различаются по характеру движения и подчиняются двум законам. Движение воды параллельно-струйчатого типа называют ламинарным, и оно подчи­няется линейному закону Дарси.

Для простейших условий прямолинейно-параллельного потока линейный закон фильтрации Дарси имеет вид

Q = KфF*ΔH/ΔL

где Q — расход потока, м3/сут; Кф — коэффициент фильтрации, за­висящий от свойств жидкости и фильтрующей среды, м/сут; F — площадь поперечного сечения потока, м2 ; ΔН — перепад напоров, м; ΔL — длина участка фильтрационного потока, м.

Согласно закону Дарси, количество воды Q, проходящее через трубку, заполненную дисперсным материалом, прямо пропорцио­нально разности напоров Нв крайних сечениях трубки, прямо про­порционально площади поперечного сечения трубки F, обратно пропорционально длине пути фильтрации L и прямо пропорцио­нально постоянному для данного материала коэффициенту Кф, характеризующему проницаемость материала, заполняющего трубку.

51. Расчетные методы определения коэффициента фильтрации. Расчетным путем КФ определяют преимущественно для песков и гравелистых пород. Расчетные методы являются приближенными и рекомендуются лишь на первоначальных стадиях исследования. Для расчетов используют одну из м ногочисленных эмпирических фор- мул, связывающих КФ грунта с его гранулометрическим составом, пористостью, степенью однородности и т. д.

52. Лабораторные методы определения коэффициента фильтрации. Лабораторное определение kф выполняется по нескольким схемам и на приборах различной конструкции. В лабораториях гидравлики, механики грунтов широко используются приборы и методики испытаний, в которых при определении kф не учитывается и не предусматривается создание внешнего давления на грунт. К ним относятся способы определения kф несвязных грунтов в приборах Дарси, Тима, трубке Каменского и др.

Прибор Дарси (рис. 8.1, а) представляет собой цилиндр площадью поперечного сечения А, в котором на сетку укладывается образец грунта высотой l. Через грунт при соответствующей разности напоров ΔH фильтруется вода (на рис. 8.1, а сверху вниз, также применяется фильтрация и снизу вверх). На выходе потока замеряют объем воды, прошедшей за определенное время, и находят расход Q за единицу времени. Затем по формулам (8.1), (8.2), принимая Δs=l, определяют коэффициент фильтрации:

 . (8.3)

Обычно к цилиндру подключают пьезометры, позволяющие фиксировать пьезометрические уровни воды в различных сечениях образца (см. рис. 8.1, а). Замеряя разности уровней ΔH1, ΔH2и расстояния Δl1, Δl2 между пьезометрами, по формуле (8.3) для определенного участка образца (ΔH=ΔHi , l=Δli, i=1, 2, …) рассчитывают kф.

Заметим, что при испытании грунта в приборе Дарси и ему подобных разность напоров ΔH и градиент I в конкретном опыте остаются постоянными, но могут меняться от опыта к опыту.

В отличие от прибора Дарси в приборе, называемом «трубка Каменского» (рис. 8.1, б), испытание на фильтрацию выполняется при изменяющихся в течение опыта значениях ΔH и I в формуле (8.1). B этом

 

 

прибора Дарси (а) и трубки Каменского (б)

 приборе вода фильтруется сверху вниз, и для цилиндра (трубки) постоянного сечения скорость фильтрации u в каждый момент времени t будет равна скорости снижения уровня воды в цилиндре SW, т.е.

 . (8.4)

По закону Дарси (8.1) . 

С учетом (8.4) получаем или  .

 

Интегрируя дифференциальное уравнение, в итоге находим зависимость для определения коэффициента фильтрации: , (8.5)

где t – время снижения уровня воды в цилиндре на величину SW, т.е. время изменения разности напоров от начального значения h до h - SW.

55. Сейсмические явления и их виды. Сейсмические(от греческого — сотрясение) явления проявляются в виде упругих колебаний земной коры. Это грозное явление природы типично районам геосинклиналей, где активно действуют современные горообразовательные процессы, а также зонам субдукции и обдукции.Моретрясения возникают в глубоких океанических впадинах Тихого, реже Индийского и Атлантического океанов. Быстрые поднятия и опускания дна океанов вызывают смещение крупных масс горных пород и на поверхности океана порождают пологие волны (цунами) с расстоянием между гребнями до 150 км и очень небольшой высотой над большими глубинами океана. При подходе к берегу вместе с подъемом дна, а иногда сужением берегов в бухтах высота волн увеличивается до 15—20 м и даже 40 м.Землетрясения. Сейсмические волны. Очаг зарождения сейсмических волн называют гипоцентром . По глубине залегания гипоцентра различают землетрясения: поверхностные — от 1 до 10 км глубины, коровью — 30—50 км и глубокие (или плутонические) — от 100—300 до 700 км. Последние находятся уже в мантии Земли и связаны с движениями, происходящими в глубинных зонах планеты. Такие землетрясения наблюдались на Дальнем Востоке, в Испании и Афганистане. Наиболее разрушительными являются поверхностные и коровые землетрясения.