Практикум по напорной гидравлике и гидромашинам учебное пособие
 Скачать 4.09 Mb.
|
Виртуальная лабораторная работа № 8ИЗУЧЕНИЕ ФИЛЬТРАЦИИ В ПЕСЧАНОМ ГРУНТЕ НА УСТАНОВКЕ ДАРСИ Вводная часть Под фильтрацией понимают движение воды в порах водонасыщенного грунта. Знание законов фильтрации необходимо при проектировании, строительстве и эксплуатации производственных, жилых и общественных зданий, гидротехнических сооружений, входящих в системы природопользования и инженерной экологии. В частности, знание закономерностей фильтрации необходимо для определения притока грунтовой воды к котлованам строящихся зданий, дренажным и водозаборным устройствам, для расчетов осадки фундаментов и вычисления потерь воды через земляные плотины и дамбы. Движение грунтовых вод так же, как и потоков в напорных трубопроводах и открытых каналах, может быть установившимся и неустановившимся, равномерным и неравномерным, напорным и безнапорным [2, 4]. Режим движения грунтовых вод может быть ламинарным и турбулентным. В данной работе изучается установившаяся напорная фильтрация при ламинарном режиме, описываемая законом Дарси. Аналитическое выражение этого закона обычно записывают в двух видах: 𝑣 = 𝑘𝐽 (37) и 𝑄 = 𝑆𝑘𝐽 , (38) где ʋ – скорость фильтрации, т. е. адаптивная скорость  𝑣 = 𝑄 , (39)𝑆 Q – действительный (фактический) фильтрационный расход; S – площадь поверхностного сечения фильтрационного потока, складывающаяся из суммарной площади сечения пор Sпор и частиц скелета грунта Scк, т. е.: 𝑆 = 𝑆пор + 𝑆cк , (40) k – коэффициент фильтрации – скалярная величина, обычно имеющая размерность в см/с или м/сут и характеризующая водопроницаемость грунта; J – градиент напора – отношение разности полных напоров H1 – H2 = h1–2в двух точках грунтового потока, лежащих на одной линии тока, к расстоянию между ними l1–2, измеряемому по этой линии, т. е.:   𝐽1−2 = 𝐻1 −𝐻2 = ℎ1−2 . (41)𝑙1−2 𝑙1−2 Величину k определяют для каждого вида грунта опытным путем (при постоянной температуре фильтрующей жидкости). В справочной литературе величины коэффициента фильтрации грунтов обычно даются при температуре t= 10 °C. Для перехода от величины коэффициента kt, полученной при температуре t, отличной от 10 °C, к величине его при 10 °C (k10) применяется формула  10 𝑘 = 𝑘t , (42) 𝜏 где τ – температурная поправка, вычисляемая по эмпирической формуле 𝜏 = 0,7 + 0,03𝑡 . (43) В случае фильтрации скоростным напором пренебрегают, поэтому полный напор считают равным гидростатическому, т. е.  𝐻 = 𝑧 + 𝑝𝜌𝑔 . (44) Закон Дарси показывает, что скорость фильтрации пропорциональна градиенту напора, или, другими словами, потери напора линейно зависят от скорости фильтрации [18–20]. Заметим, что реальная скорость движения жидкости в порах грунта  d 𝑣 = 𝑄 𝑆пор . (45) Скорости ʋd и ʋ связаны между собой отношением  d 𝑣 = 𝑣 , (46) 𝑛 где n – пористость грунта: 𝑛 = 𝑆пор . (47) 𝑆Выражение (46) получено в результате совместного решения зависимостей (39) и (45). |