Тема 7. Движение грунтовых вод.

Грунт представляет собой пористую среду. Между отдельными частицами и в трещинах породы движется вода. Такие воды принято называть грунтовыми, а их движение – фильтрацией. Укоренившийся у нас термин фильтрация равносилен понятию просачивания, т.е. медленного движения в пористой среде.

Вода в поры может попасть различным образом. Например, выпадая на поверхность земли в виде дождя, она затем просачивается в грунт. На некоторой глубине такая вода может быть задержана слоем водонепроницаемого грунта (плотной глиной, скалой); при этом вода далее будет двигаться по поверхности водонепроницаемого слоя.

Водонепроницаемый слой, так называемый водоупор, образует как бы русло потока грунтовой воды. В этом русле движется грунтовая вода, причем здесь получается фильтрационный поток со свободной поверхностью, в каждой точке которой имеется атмосферное давление. Такие потоки называются безнапорными (например, фильтрация воды из верхнего бьефа в нижний через земляную плотину). Напорная фильтрация наблюдается, когда водопроницаемый слой находится между двумя водонепроницаемыми (движение артезианских вод, движение грунтовой воды в вечной мерзлоте, фильтрация через бетонные плотины).

Движение грунтовой воды в песках и водопроницаемых глинистых грунтах является ламинарным. Турбулентное движение грунтовой воды может получиться только в крупнозернистых грунтах (например, в гравии, гальке), а также в случае каменной наброски, трещиноватой скалы и т.п.

На рис. 57 представлен случай равномерного движения. Однако обычно в практике встречаются случаи неравномерного движения, рис. 58. Неравномерность движения грунтовой воды обусловливается: 1) неправильностью формы русла; 2) уклон дна русла i ≤0; 3) в цилиндрическом русле с прямым уклоном дна каким-либо образом фиксируется глубина h_ф, отличная от глубины h₀ равномерного движения; например, из траншеи откачивается вода, причем в траншее все время поддерживается глубина h_ф ≠ h₀.

Рис. 57. Фильтрационный поток Рис. 58. Случай неравномерного

движения

Свободная поверхность фильтрационного потока называется депрессионной поверхностью; кривая же свободной поверхности АВ – кривой депрессии.

Состав грунта

Грунт следует рассматривать как единую систему, состоящую из минеральных частиц, коллоидных частиц, окружающей их воды с растворенными в ней солями и газообразной фазы (воздух, пары воды). Грунты бывают скальные и нескальные, или рыхлые. Нескальные грунты образуются путем разрушения скальных пород. Они делятся на два основных вида: грунты типа песков (несвязные), и типа глин (связные).

Возьмем некоторый образец грунта объема V. Пусть объем всех пор в этом образце V₁. Отношение V₁ к V называется пористостью грунта, порозностью или скважностью. Обозначим эту величину σ.

. (177)

Другими словами, пористость есть суммарный объем всех пор, имеющихся в единице объема грунта. Пористость еще выражают в процентном отношении. Пористость грунта зависит от формы (окатанности), однородности частиц грунта и их взаимного расположения.

В табл. 4 даются значения пористости для ряда грунтов.