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 (V_ф=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.

К_верт.

К_гор.

Для лессов К_верт. > К_гор.

К_верт

................

................ Для ленточных глин К_верт < К_гор.

К_гор.

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: P_W = g_в ^. h

Давление на пружину (скелет грунта) называется эффективным. Под его действием происходит уплотнение грунта. P_Z = (g - g_в) · z - эффективное давление на глубине z.

Общее давление, передаваемое на грунт (нагрузка ) P = P_W + P_Z.

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 μ _н, 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.