Коэффициент фильтрации есть функция минералогического и гранулометрического состава грунта, структуры и пористости.
Зависимость процесса фильтрации от механического состава грунта характеризуется понятием начального градиента. Согласно экспериментальным исследованиям, фильтрация воды в глинистых грунтах начинается лишь при достижении градиента напора некоторой начальной величины, преодолевающей внутреннее сопротивление движению, оказываемое водно-коллоидными пленками, окружающими каждую глинистую частицу.
Рис. 5.2. Зависимость скорости фильтрации V от градиента напора I:
I – для песка, II – для глины (в разных масштабах).
На кривой II можно различить 3 участка: начальный 0-1, когда скорость фильтрации практически равна нулю (Vф=0), 1-2 – криволинейный, отображающий переходный процесс еще не установившейся фильтрации и 2 - 3 – прямолинейный участок установившегося процесса фильтрации, когда скорость фильтрации пропорциональна действующему градиенту.
Зависимость характера фильтрации от структуры грунта характеризуется различной водопроницаемостью (различной величиной коэффициента фильтрации) в разных направлениях. Такие породы называются анизотропными относительно водопроницаемости.
Кверт.
Кгор.
Для лессов Кверт. > Кгор.
Кверт
. . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . Для ленточных глин Кверт < Кгор.
Кгор.
Рис 5.3 Соотношение вертикальных коэффициентов фильтрации для разных грунтов.
Разница значений водопроницаемости (коэффициента фильтрации) по вертикали и по горизонтали для разных пород может составлять порядки величин. Существует классификация грунтов по водопроницаемости. В гидрогеологии вводится понятие водопроводимости: T = k . m
В инженерной геологии рассматривают гидростатические напоры, которые создаются внешней нагрузкой, что приводит к выдавливанию воды из пор.
- интенсивность внешней нагрузки.
Рассмотрим простейшую модель: сосуд заполнен водой, закрыт поршнем с отверстиями, который поддерживается пружиной.
Рис 5.4 Схемы приборов, поясняющие две системы давлений
в водонасыщенных грунтах:
а – схема передачи давлений на скелет грунта,
б- модель сжатия грунтовой массы (вначале вся нагрузка передается на воду,
затем, по мере сжатия, на скелет грунта)
При этом: вода в сосуде - грунтовая вода;
пружина - скелет грунта;
отверстия в поршне - поры грунта.
По мере приложения нагрузки давление сначала передается на воду, которая вытекает через отверстия в поршне, а затем на пружину, которая посте5пенно полностью принимает на себя внешнюю нагрузку, что соответствует состоянию равновесия в грунтовой массе.
Давление на воду - это нейтральное давление. Оно не уплотняет грунт, а создает напор в воде, вызывающий ее фильтрацию: PW = gв . h
Давление на пружину (скелет грунта) называется эффективным. Под его действием происходит уплотнение грунта. PZ = (g - gв) · z - эффективное давление на глубине z.
Общее давление, передаваемое на грунт (нагрузка)P = PW + PZ.
5.Водоотдача
Водоотдача - способность породы отдавать свободную гравитационную воду при снижении уровня воды или давления. По механизму отдачи различают гравитационную и упругую водоотдачу. В первом случае объем породы отдает воду и осушается в результате вытекания воды из пор и трещин под действием силы тяжести. Показатель свойства — коэффициент гравитационной водоотдачи μ. Во втором случае объем породы, полностью насыщенный водой, отдает ее без осушения в результате упругого расширения воды и уменьшения пористости в объеме. Показатель свойства — коэффициент упругой водоотдачи μ*. Оба показателя выражаются в долях единицы.
Водопоглощение — способность породы поглощать некоторое количество свободной воды при повышении уровня или давления в выделенном объеме породы. В первом случае показателем свойства является недостаток гравитационного насыщения μн, во втором — недостаток упругого насыщения μ*н. Это свойство, обратное водоотдаче.
6. Водопроводимость.
Водопроводимость — свойство достаточно выдержанного по разрезу слоя горных пород пропускать через себя некоторое количество свободной воды при полном его насыщении и характеризующее систему в целом. Величина водопроводимости Т измеряется в квадратных метрах в сутки и характеризуется показателем водопроводимости
T=km.
где m — мощность водоносного слоя.
Уровне- или пьезопроводность характеризует способность пласта, как системы, проводить с той или иной скоростью созданные в нем изменения пьезометрического уровня или давления. Если рассматривается распространение по пласту изменений пьезометрического уровня в виде колебаний уровня грунтовых вод, то свойство называется уровнепроводностью. Если в пласте распространяется изменение пластового давления, (что наблюдается в напорных водах), то свойство называется пьезопровод-ностью. Обе величины измеряются в квадратных метрах в сутки и характеризуются показателем а.
Для грунтовых вод параметр процесса распространения давления определяется зависимостью
a=T/μ,
для напорных вод
a*=T/μ
Наибольшей водоотдачей обладают крупнозернистые породы, наименьшей - тонкозернистые пылеватые пески. Водоотдача глинистых пород ничтожно мала. Водоотдача (m) ориентировочно рассчитывается исходя из полной влагоемкости пород.
6. МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОРОД С ЖЕСТКИМИ СВЯЗЯМИ
Механические свойства пород характеризуют способность горных пород сопротивляться нагрузкам, т.е. механические свойства пород характеризуют деформируемость и прочность пород.
Дата добавления: 2021-12-14; просмотров: 369;