24. Коэффициент фильтрации и методы его определения

Современная теория движения подземных вод основывается на применении закона Дарси

Q = k_фF(H₁-Н₂)/l = k_фFI,

Q — расход воды или количество фильтрующейся воды в единицу времени, м³/сут; к_ф — коэффициент фильтрации, м/сут; F—площадь поперечного сечения потока воды, м²; дельтаН — разность напоров, м; I — длина пути фильтрации, м.(!см.рис. уч-ка на стр.267!)

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 поправоч­ный температурный коэффициент (0,7—0,03) для приведения водо­проницаемости 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.

2)Лабораторные методы(!см рис на стр 271!) основаны ни изучении скорости движения воды через образец грунта при различных градиентах напора. Все приборы идя лабораторного определения КФ могут быть подразделены на два типа: с постоянным напором и с переменным.

Приборы, моделирующие постоянство напорного градиента, т. е. установившееся движение (приборы Тима, Тима-Каменского, трубка конструкции СПЕЦГЕО), применимы в основном для грунтов с высокойводопроницаемостью, например для песков. Принцип работы приборов следующий. В цилиндрический сосуд с двумя боковыми пьезометрами П1и П2 помещают испытуемый грунт. Через него фильтруют воду под напором. Зная диаметр цилиндра F, напорный градиент I и измерив расход профильфовавшейся воды Q, находят КФ по формуле

Q = kфIF: кф= Q/FI= QL/F(h₁—h₂),

h1 и h₂ —показания пьезометров; L —расстояние между точками их присоединения. Для суглинков и супесей применяют приборы типа ИНГ (рис. На стр 272), позволяющие определять к_ф образцов с нарушенной и не нарушенной структурой. Для глинистых пород наибольшее значение имеет определение КФ в образцах с ненарушенной структурой, обжатых нагрузкой, под которой грунт будет находиться в основаниях зданий и сооружений.

Приборы, моделирующие переменный напор, характеризующий неустановившееся движение, обычно используют для определения КФ связных грунтов с малой водопроницаемостью. Это компрессионно-фильтрационные приборы типа Ф-1M. Они позволяют вести наблюдения при изменении напорного градиента от 50 до 0,1 в образцах, находящихся под определенным давлением.

Основной частью прибора является одометр, с помощью которого на грунт передается давление, К одометру по трубкам подводится и после фильтрации отводится вода. Напор создается с помощью пьезометрических трубок.Простота и дешевизна лабораторных методов позволяет широко их использовать для массовых определений КФ.

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