- •Министерство образования и науки
- •Оглавление
- •Введение
- •1. Порядок выполнения и оформления работ
- •2. Погрешность измерений
- •Лабораторная работа №1 определение коэффициента вязкости жидкости
- •1. Сущность и цель работы
- •2. Описание установки
- •3. Порядок выполнения работы
- •Лабораторная работа №2 ламинарный и турбулентный режим движения жидкости
- •1. Сущность и цель работы
- •2. Описание установки
- •3. Порядок выполнения работы.
- •Лабораторная работа № 3 опытная демонстрация уравнения бернулли
- •1. Сущность и цель работы
- •2. Описание установки
- •3. Порядок выполнения работы.
- •Лабораторная работа№4
- •2. Описание установки
- •3. Порядок выполнения работы
- •Лабораторная работа № 5 определение потери напора в прямой трубе
- •1. Сущность и цель работы
- •2. Описание установки
- •3. Порядок выполнения работы.
- •Лабораторная работа № 6 экспериментальное определение коэффициентов местных сопротивлений
- •1. Сущность и цель работы
- •2. Описание установки
- •3. Порядок выполнения работы
- •Лабораторная работа № 7 истечение из отверстий и насадков при постоянном напоре
- •1. Сущность и цель работы
- •2. Описание установки
- •3. Порядок выполнения работы
- •Лабораторная работа № 8 истечение из отверстий и насадков при переменном напоре
- •1. Сущность и цель работы
- •2. Описание установки
- •3. Порядок выполнения работы
- •Лабораторная работа № 9 определение коэффициента фильтрации
- •1. Сущность и цель работы
- •2. Описание установки
- •3. Порядок выполнения работы
- •Часть I (гидростатика), часть II (гидродинамика)
Лабораторная работа № 9 определение коэффициента фильтрации
1. Сущность и цель работы
Движение жидкости в пористой среде называется фильтрацией. Фильтрация имеет место как при движении грунтовых вод, так и при движении воды под телом гидротехнических сооружений, через земляные плотины, дамбы, водопроводные песчаные фильтры и т.п.
Законы движения грунтовых вод находят широкое применение при решении различных инженерных задач, например, при определении количества воды, притекающей к колодцам или водонапорным галереям, при определении размеров фильтров буровых скважин, при расчете понижения горизонта воды в колодцах, при откачке грунтовых вод и т.п.
Весьма важную роль играют законы движения грунтовых вод при расчете устойчивости гидротехнических сооружений и фильтрации под ними.
Расход фильтрационного потока Q выражается эмпирической формулой, называемой основным законом фильтрации
. (1)
Здесь – коэффициент фильтрации, зависящий от рода грунта и температуры воды;
J – гидравлический уклон, представляющий собой потерю напора по длине на единицу длины фильтрационного потока
; (2)
m – показатель степени (m=1 при ламинарной фильтрации, m=1…0,5 – турбулентной).
Из формулы (1) можно выразить скорость фильтрации
. (3)
Из формулы (3) вытекает физический смысл коэффициента фильтрации . Он характеризует скорость фильтрации при гидравлическом уклонеJ=1 и имеет размерность скорости.
При ламинарной фильтрации (m=1) зависимости (1) и (3) могут быть представлены формулами Дарси:
. (4)
Коэффициент фильтрации определяется различными методами:
1) полевой;
2) лабораторный;
3) метод использования эмпирических формул.
Полевой метод используется геологами в полевых условиях, где грунт находится в естественном состоянии, поэтому этот метод наиболее точен.
Метод использования эмпирических формул – это расчет коэффициента фильтрации по определенной формуле для сходных условий. В частности, для разнозернистого песка применяется формула Хэзена:
, м/сутки (5)
где – числовой коэффициент, принимаемый равным единице, при определении коэффициента в метрах/сутки;
–постоянная для данного грунта, принимаемая для чистых песков в пределах 1000…700;
–эффективная величина зерна в мм, принимаемая равной размеру такого зерна, меньше которого в данном грунте содержится всего лишь 10% зерен (по весу); принять равным 0,5 мм;
–коэффициент, учитывающий вязкость воды по Хэзену:
, (6)
где – температура в градусах Цельсия.
Формула Хэзена применима для песков, имеющих мм.
Есть и другие эмпирические формулы для определения коэффициента фильтрации (Е.А. Замарина, М.И. Зауэрбрея и др.).
В лабораторном методе коэффициент фильтрации определяется на приборе Дарси.
Целью настоящей работы является определение коэффициента фильтрации по эмпирической формуле Хэзена и опытным путем на приборе Дарси, а также сравнение полученных результатов.
2. Описание установки
Прибор Дарси (рис. 15) представляет собой цилиндр 1, диаметра , заполненный грунтом, извлеченным из шурфа с сохраненной его естественной структурой. Образец грунта лежит на сетке 2.
Рис. 15 |
Установившийся режим движения обеспечивается поддеранием постоянной отметки поверхности воды в приборе благодаря сбросу излишков воды через сбросную трубу 3. Но боковой поверхности цилиндра на расстоянии друг от друга установлены пьезометры 4.