Основы движения грунтовых вод и двухфазных потоков

Движение грунтовых вод. Основные понятия движения грунтовых вод.

Грунтовой называется вода, содержащаяся в порах грунта. Как правило, грунтовая вода находится в движении. Наука, занимающаяся изучением движения грунтовых вод, называется подземной гидравликой.

Грунтовые воды, образуются за счет атмосферных осадков, которые просачиваются в поры грунта и движутся по мельчайшим каналам.

Движение воды в порах того или иного материала, в том числе и грунта, называется фильтрацией. Движение грунтовой воды происходит под действием силы тяжести.

Движение фильтрационных вод может быть установившимся и неустановившемся, равномерным и неравномерным, напорным и безнапорным.

Если гидравлические характеристики (параметры) потока зависят от координат и времени, то грунтовой поток называется неустановившемся:

                                 p=f(x, y, z, t);                                              (8.1)

                                

Если параметры потока зависят только от координат, то поток называется установившемся.

При равномерном движении грунтовых вод, уклон свободной поверхности равен уклону подстилающего водонепроницаемого слоя i.

При неравномерном движении это условие не выполняется, т.е. J≠ i

При безнапорном движении грунтовых вод, давление на свободной поверхности равно атмосферному.

Примером может быть фильтрация через тело земляной плотины.

При напорной фильтрации свободная поверхность отсутствует, т.к. движение грунтовых вод ограничено двумя непроницаемыми пластами. Например, движение воды под телом бетонной плотины.

Фильтрационные свойства грунта зависят от его пористости, которая характеризуется коэффициентом пористости m:

                                             (8.2)

где V_n – объем пор;

V – объем грунта.

Например, пористость песка m ≈0,4; глины m ≈0,5 и т. д. Грунт называется однородным, если фильтрационные свойства его одинаковы в любой точке объема.

Фильтрационным потоком называется поток грунтовых вод в порах грунта.

 Как всякий поток, он характеризуется:

1. Фильтрационным расходом Q – это количество воды, проходящее через поперечное сечение грунтового потока в единицу времени. За поперечное сечение ω принимается вся геометрическая площадь потока, независимо от того, какую часть этой площади занимают поры.

2. Скорость потока фильтрации  называют отношение расхода к полной площади поперечного сечения потока:

                                              (8.3)

Истинная скорость движения воды в порах грунта  будет больше, чем скорость фильтрации .

Водонепроницаемый слой, расположенный снизу, называется водоупором, или подстилающим слоем. Средний его уклон обозначается буквой i и называется уклоном дна.

Депрессионной кривой называют свободную поверхность грунтового потока.

 Уклон свободной поверхности одновременно является гидравлическим уклоном, так как скорость фильтрации незначительна.

Водоносным слоем называется пористый слой грунта, заполненный водой.