Фильтрационные свойства

Фильтрацией называется перемещение воды в грунтах под влиянием напора. При фильтрации частицы грунта задер­живают движение водного потока. Это происходит в результате трения перемещающейся воды о поверхность частиц грунта и об оболочку обволакивающей их молекулярной влаги. Такое со­противление грунта снижает скорость фильтрации. В результате вода начинает давить на скелет грунта - возникает гидродинамическое давление. Оно имеет большое практическое значение, так как под его влиянием может произойти разрыхление или уплотнение грунтов, нарушение устойчивости откосов земляных сооружений, прорыв дна вырытых котлованов, вынос водонасыщенного грунта из-под фундаментов и т. п. Величину гидроди­намического давления (Dг) определяют по формуле:

где  - удельный вес воды;
Г - гидравлический градиент, равный отношению потери напора на участке фильтрации (Н2 - Н1) к длине пути фильтрации (L), т. е.

Движение воды в грунтах происходит под действием возни­кающей разности давлений (напоров). Фильтрационный поток (Q), т. е. объем воды, протекающей через водопроницаемый грунт, находится в прямой зависимости от коэффициента фильт­рации (K), площади поперечного сечения грунта (F), времени (t) и гидравлического градиента (Г ), т. е.

Q = KFtГ

Если обозначить через Vф скорость фильтрации равную от­ношению фильтрационного потока к площади поперечного сече­ния грунта, то из вышеприведенной формулы получим, что

Vф = КГt

Таким образом, скорость фильтрации воды в порах грунта прямо пропорциональна гидравлическому градиенту. Однако эта зависимость для различных грунтов имеет ряд особен­ностей.

На рисунке 4 представлена связь скорости фильтрации с ве­личиной гидравлического градиента для песков (рис. 4, а) и глин (рис. 4, б). При фильтрации воды через пески начальный гра­диент обычно равен нулю, и зависимость скорости фильтрации от гидравлического градиента выражается уравнением прямой, проходящей через начало координат. Незначительные по вели­чине начальные градиенты напора в песчаных грунтах могут возникать только при больших скоростях фильтрации или при течении воды, сильно загрязненной коллоидными частицами.

В отличие от песков фильтрация в глинистых грунтах обычно начинается только после того, как гра­диент напора достигнет определен­ной величины, называемой началь­ным градиентом н). После этого рассматриваемая зависимость еще на некотором участке будет криволинейной и лишь при достижении пр), перехо­дит в прямую линию.


Рис. 4. Зависимость между скоростью  фильтрации  и  гидравлическим  градиентом:
a - для  песка; б - для глин.

Таким   образом,    фильтрация   в глинистых       грунтах       происходит  только в тех местах, где гидравлический  градиент больше начального градиента данного грунта, величина которого зависит от плотности грунта, продолжительности дей­ствия напора, температуры, а также от сотрясения и вибрации. Опытами также установлено, что для большинства глин уравне­ние фильтрации подчиняется прямолинейному закону лишь при пластичной их консистенции, т. е. при влажности, лежащей ме­жду нижним и верхним пределами пластичности.

Последнее обновление 08.11.13 14:12