Гідралика вод (Фільтрація)
XI. ГІДРАВЛІКА ГРУНТОВИХ ВОД.
11.1. Основні поняття.
Фільтрація - явище руху води в порах ґрунту.
Вода, що проникає в ґрунт, на певній глибині затримується шаром водонепроникного ґрунту (щільна глина, скеля) – водоупором і рухається його поверхнею. І тут водоупор служить руслом грунтового потоку. Ґрунтовий потік рухається, утворюючи вільну поверхню, у кожній точці якої тиск дорівнює атмосферному тиску. Вільна поверхня ґрунтового потоку називається депресійною поверхнею.
Мал. 11.1. Схема безнапірного фільтраційного потоку. Поступовий рух.
Режим рух ґрунтової води в пісках і водопроникних глинистих ґрунтах є ламінарним. Турбулентний рух відбувається тільки в крупнозернистих ґрунтах (жвір, галька).
Нерівномірний рух ґрунтової води виникає у руслах неправильної форми, у разі ухилу дна русла i ≤ 0 та в інших випадках.
Наприклад, нерівномірний рух ґрунтової води спостерігається у разі забору води з траншеї, у разі підтримки у траншеї постійної глибини.
Мал. 11.2. Схема безнапірного фільтраційного потоку. Нерівномірний рух.
При вирішенні завдань гідравліки ґрунтових вод, головним чином, займаються питаннями побудови депресійних поверхонь та визначенням величини фільтраційної витрати. При цьому такі завдання часто розглядають у двомірній постановці, зводячи їх до так званого «плоського» завдання. Для переходу до плоского завдання розглядається лише частина фільтраційного потоку одиничної ширини. З усього потоку виділяється тонка його частина, на яку складаються рівняння. За характеристиками такої частини потоку, отриманими в процесі розв'язування рівнянь, складають картину всьогофільтраційного потоку
В рамках «плоскої» задачі потік одиничної ширини характеризується величиною питомої фільтраційної витрати q тобто витрати, що припадає на одиницю ширини потоку.
Q – повна витрата фільтраційного потоку, ê é
b – ширина русла потоку фільтрації, [м].
Мал. 11.3. «Плоска» завдання
Примітка: при обчисленні питомої фільтраційної витрати ми вважаємо русло циліндричним, до того ж правильної форми. Це робиться як наближення для переходу до «плоскої» задачі. Будь-яке русло з різним ступенем точності можна уявити в такому вигляді. Надалі вважатимемо, що русло фільтраційного потоку досить широке і таке наближення виправдане.
Нехтування швидкісним натиском.
Зважаючи на малість швидкостей руху фільтраційних потоків, при складанні рівняння Бернуллі для таких потоків величину швидкісного натиску вважають рівною нулю. (Звідси зовсім не означає, що швидкості потоків у цьому випадку вважаються постійними. З нехтування швидкісним натиском випливає, що зміна швидкості фільтраційного потоку не робить внесок у енергетичні характеристики цього потоку, а отже, зміна швидкості не впливає на характеристики руху.)
Таким чином, повний натиск і потенційний натиск виявляються рівними.
H = H повн = H потенц = p g + z .
Далі будемо позначати такий натиск фільтраційного потоку - H, враховуючи сказане вище про зневагу швидкісним натиском.
Відповідно, гідравлічний ухил та п'єзометричний ухил стають тотожні.