Движение грунтовых вод

Вода в грунте может находиться в следующих видах:

- парообразная (в виде пара);

-                     гигроскопическая (адсорбированная на поверхности частиц);

-                     пленочная (в виде пленки на поверхности частиц);

-                     капиллярная;

-                     гравитационная, заполняет поры грунта и движется в грунте под действием сил тяжести.

Мы будем изучать движение гравитационной воды, дальше именно ее будем называть грунтовыми водами. Способность грунтов пропускать через себя воду называется водопроницаемостью.

Движение воды в порах грунта называется фильтрацией. В процессе фильтрации грунтовая вода движется в водопроницаемом слое по поверхности водонепроницаемого слоя грунта (водоупора), которая образует русло фильтрационного потока (рис.11. 1).

На рис. 11.1 представлено безнапорное движение грунтовых вод, которое характеризуется наличием свободной поверхности, во всех точках которой давление равно атмосферному. Линия, образующаяся на пересечении свободной поверхности с вертикальной плоскостью, параллельной скорости движения грунтовых вод, называется кривой депрессии (депрессионной кривой).

Потоки грунтовых вод могут быть и напорными (рис. 11.2), когда водоносный пласт располагается между двумя водонепроницаемыми слоями грунта. Если пробурить верхний водонепроницаемый слой грунта и соединить напорный фильтрационный поток с атмосферой, вода в скважине поднимется (как в пьезометрической трубке) на определенную высоту. Вода, добытая при помощи такой скважины или колодца из напорного водоносного слоя, называется артезианской водой, а колодец – артезианским колодцем.

Законы движения грунтовых вод применяются в строительстве плотин, каналов, осушительных сетей, котлованов и т.д. При этом определяются расходы, положение поверхности (кривой) депрессии.

Движение грунтовых вод, как и потоков жидкости, может быть:

-          установившимся и неустановившимся;

-          установившееся движение грунтовых вод может быть равномерным и неравномерным;

-          ламинарным и турбулентным.

Мы будем рассматривать установившееся ламинарное движение грунтовых вод. Турбулентное движение грунтовых вод может иметь место в крупнозернистых грунтах (щебне, гальке) и в каменной наброске и встречается значительно реже ламинарного.

Расход воды, фильтрующейся через сечение w, определяется по закону Дарси

,

где: K – коэффициент фильтрации;

       I  – пьезометрический уклон, соответствующий потере напора H  

             при движении воды через грунт на длине L:

Дебит грунтового колодца (рис. 11.2)

уравнение кривой депрессии

где: H – толщина водоносного пласта;

       h – глубина воды в колодце;

        r0 – радиус колодца;

        R – радиус действия колодца, приблизительно равный

-               250…500 м для обычных песчаных грунтов;

-               700…1000 м для крупнозернистых песков;

        Z и r – координаты какой-либо точки кривой депрессии.

Односторонний приток воды по всей длине l водосборной галереи

уравнение кривой депрессии

где: q – односторонний приток к галерее, приходящийся на единицу ее              длины                                   

;

       b0 – половина ширины галереи;

       h – глубина воды в галерее;

       L – предел действия галереи, приближенно равный 250…300 м;

       x и Z – координаты какой-либо точки на кривой депрессии.

Пример.

Определить дебит совершенного колодца, отрытого в мелком песке до водоупора.   Диаметр  колодца  d0 = 1,2 м,   глубина  воды  в  колодце h = 0,8 м. Толщина водоносного пласта H = 6,3 м.

Решение

Коэффициент  фильтрации   для   мелкого песка K @ 10-5 м/с @1 м/сутки. Радиус действия колодца для песчаного грунта (см. выше) R = 250…500 м, принимаем R =400 м.

м3 сутки.