11. РУХ ГРУНТОВИХ ВОД
Вода в грунті може знаходитися в наступних видах:
- пароподібна (у вигляді пари);
- гігроскопічна (адсорбована на поверхні частинок);
- плівкова (у вигляді плівки на поверхні частинок);
- гравітаційна, заповнює пори грунту та рухається в грунті під дією сил тяжіння.
Ми будемо вивчати рух гравітаційної води, далі саме її будемо називати грунтовими водами. Здатність грунтів пропускати через себе воду називається водопроникність.
Рух води в порах грунту називається фільтрацією. В процесі фільтрації грунтова вода рухається в водопроникний шарі по поверхні водонепроникного шару ґрунту (водоупора), яка утворює русло фільтраційного потоку (рис.11. 1).
На рис. 11.1 представлено безнапірні рух грунтових вод, яке характеризується наявністю вільної поверхні, у всіх точках якої тиск дорівнює атмосферному. Лінія, що утворюється на перетині вільної поверхні з вертикальною площиною, паралельною швидкості руху ґрунтових вод, називається кривою депресії (депресійної кривої).
Потоки грунтових вод можуть бути і напірними (рис. 11.2), коли водоносний пласт розташовується між двома водонепроникними шарами грунту. Якщо пробурити верхній водонепроникний шар грунту і з'єднати напірний фільтраційний потік з атмосферою, вода в свердловині підніметься (як в пьезометрической трубці) на певну висоту. Вода, добута за допомогою такої свердловини або колодязя з напірного водоносного шару, називається артезіанською водою, а колодязь - артезіанських колодязем.
Закони руху ґрунтових вод застосовуються в будівництві гребель, каналів, осушувальних мереж, котлованів і т.д. При цьому визначаються витрати, положення поверхні (кривій) депресії.
Рух грунтових вод, як і потоків рідини, може бути:
- сталим і несталим;
- усталений рух грунтових вод може бути рівномірним і нерівномірним;
- ламінарним і турбулентним.
Ми будемо розглядати стале ламінарний рух грунтових вод. Турбулентний рух грунтових вод може мати місце в крупнозернистих грунтах (щебені, гальці) і в кам'яній начерку і зустрічається значно рідше ламинарного.
Витрата води, що фільтрується через перетин w, визначається за законом Дарсі
,
де: K - коефіцієнт фільтрації;
I - п'єзометричний ухил, відповідний втрати напору H
при русі води через грунт на довжині L:
Дебіт грунтового колодязя (рис. 11.2)
рівняння кривої депресії
де: H - товщина водоносного пласта;
h - глибина води в колодязі;
r0 - радіус колодязя;
R - радіус дії колодязя, приблизно рівний
- 250 ... 500 м для звичайних піщаних грунтів;
- 700 ... 1000 м для крупнозернистих пісків;
Z і r - координати будь-якої точки кривої депресії.
Односторонній приплив води по всій довжині l водозбірної галереї
рівняння кривої депресії
де: q - односторонній приплив до галереї, що припадає на одиницю її довжини
;
b0 - половина ширини галереї;
h - глибина води в галереї;
L - межа дії галереї, наближено рівний 250 ... 300 м;
x і Z - координати будь-якої точки на кривій депресії.
Визначити дебіт досконалого колодязя, викопаного в дрібному піску до водоупора. Діаметр колодязя d0 = 1,2 м, глибина води в колодязі h = 0,8 м. Товщина водоносного пласта H = 6,3 м.
Коефіцієнт фільтрації для дрібного піску K @ 10 -5 м / с @ 1 м / добу. Радіус дії колодязя для піщаного ґрунту (див. Вище) R = 250 ... 500 м, приймаємо R = 400 м.
Розрізняють такі види дренажів: систематичний, головний, береговий, кільцевої, пластовий. Регулюючої частиною дренажної системи є трубчасті дрени. Дрена називається досконалою, якщо її підставу перебуває на водоупоре, і недосконалою, якщо її основа не доходить до водоупора.
Питома витрата фільтраційних вод горизонтальної досконалої дрени на горизонтальному водоупоре при односторонньому притоці води в дрену визначається за формулою
м 3 / добу на 1 п.м.,
де: K - коефіцієнт фільтрації, м / добу;
H - висота непоніженного рівня грунтових вод (УГВ) або потужність водоносного шару, м;
h0 - глибина води в дрен;
L - ширина смуги дії (радіус дії) дрени, м.
Ординати Z кривої депресії на видаленні x від осі дрени
Ширину смуги дії (радіус впливу) дрени можна визначити по таблиці П2.9 довідкових даних або за формулою
де: S0 = H - h0 - потрібне зниження УГВ у дрени, м.
Питома витрата фільтраційних вод горизонтальної недосконалою дрени круглого перетину при односторонньому притоці води в дрену обчислюється за формулою
м 3 / добу на 1 п.м.,
а ординати кривої депресії
,
де: H1 - глибина занурення центру дрени в водонасищен-ний грунт, м;
r - радіус дрени, м;
A - коефіцієнт, який вираховується за формулою
.
Питома витрата досконалої дрени в системі кільцевого дренажу
Загальний витрата води в дренажі складе
Депресійну криву по зовнішніх межах кільцевого дренажу будують за спрощеним рівнянням
Депрессионная крива всередині осушуваної ділянки встановлюється приблизно на рівні води в дренах.
Питома витрата недосконалою дрени в системі кільцевого дренажу обчислюється за формулою
м 3 / добу на 1 п.м.
Тут, як і вище, H1 - глибина занурення дрени від УГВ, м.
Розрахунок головного дренажу зводиться до розрахунку одиночної дрени за наведеними вище залежностей, за винятком питомої витрати недосконалою дрени, що визначається за формулою
м 3 / добу на 1 п.м.
Час на осушення території, що захищається може бути обчислено з формули для радіуса впливу дрени
звідки для досконалої дрени
Для недосконалою дрени
де - середня потужність осушаемой зони м.
Для захисту від підтоплення підвалу споруди передбачаються-ється пристрій кільцевого дренажу з азбоцементних труб.
Визначити питому і сумарний фільтраційні витрати, зробити гідравлічний розрахунок дрени.