Коэффициент фильтрации - Основы движения грунтовых вод

Коэффициент фильтрации равен скорости фильтрации при =1. Он зависит от свойств пористой среды (формы, размеров, взаимного расположения шероховатости частиц), засоленности грунта и вязкости жидкости (а следовательно, от ее температуры). Коэффициент фильтрации может изменяться под воздействием электрического и магнитного полей.

Таблица

Грунты

, м/сут

Глина

Суглинок тяжелый

Суглинок легкий

Супесь

Лесс

Песок пылеватый

Песок мелкозернистый

Песок среднезернистый

Песок крупнозернистый

Гравий

Галечник

Крупный галечник

    0,001 0,05 0,05-0,1 0,1-0,5 0,25-0,5 0,5-1,0 1-5 5-20 20-50 20-150 100-500 500-1000 и более

Свойство пористой среды пропускать через себя жидкость, газ или газожидкостную смесь под действием приложенного перепада давления, называется проницаемостью. Проницаемость оценивается к о - эффициентом проницаемости, который зависит не от свойств жидкости, а только от свойств грунта и измеряется в тех же единицах, что и площадь.

Коэффициент проницаемости может быть представлен в виде

,

Где - пористость; - эффективный диаметр частиц.

Широко распространенной единицей проницаемости является дарси, 1 дарси = м2.

Коэффициенты фильтрации и проницаемости связаны между собой отношением

,

Где - кинематическая вязкость жидкости.

Для воды 1 дарси соответствует примерно м/сут 0,001 см/с. Формулу Дарси можно представить также в виде

.

Введение коэффициента проницаемости важно при рассмотрении движения воды в смеси с нефтью, газом или фильтрации нефти и т п.

При оценке фильтрационных свойств грунтов, через которые движется вода, достаточно использования только коэффициента фильтрации.

Коэффициент фильтрации определяют как среднее арифметическое значение по результатам лабораторных и полевых исследований, полученных в одинаковых условиях.

При лабораторных испытаниях для определения коэффициентов фильтрации несвязанных грунтов используется прибор Дарси (рис. 27.1). В вертикальном открытом цилиндре с площадью поперечного сечения уложен песок, который снизу поддерживается сеткой. Вода поступает по трубке, постоянство уровня поддерживается сливом воды через трубку. Фильтрующаяся вода через трубку, снабженную краном, поступает в мерный бак.

После того как движение станет установившимся, находят расход и измеряют показания пьезометров, присоединенных к боковой стенке цилиндра в пределах части объема, заполненного грунтом.

Определяют по (27.3) скорость фильтрации, гидравлический уклон (- разность показаний в двух пьезометрах, расположенных на расстоянии друг от друга). Из (27.5) находят коэффициент фильтрации.

В некоторых плотных грунтах (глины и тяжелые суглинки) фильтрация начинается лишь тогда, когда гидравлический уклон (градиент напора) превысит начальный градиент. Тогда вместо (27.5)

.

Для очень плотных глин =20=30.

Экспериментальные исследования показывают, что закон Дарси при числах Re, превышающих некоторые значения, нарушается. При справедлив линейный закон фильтрации (ламинарная фильтрация), при (турбулентная фильтрация) имеют силу другие зависимости и. Для этих случаев экспериментально найдено

,

Где - коэффициенты, определяемые в опытах (или теоретически) для конкретных случаев движения грунтовых вод.

Если скорости так малы, что можно пренебречь вторым членом в (27.9) (ламинарная фильтрация), то получаем формулу Дарси. Если скорости значительны (турбулентная фильтрация) и можно пренебречь членом, то получаем формулу, по форме напоминающую формулу Шези,

.

Формула (27.10) применяется и для трещиноватых пород, при этом.

В случаях, когда справедлива формула (27.11), потери напора зависят от квадрата скорости фильтрации.

Строго говоря, турбулентный режим движения воды при ее фильтрации наблюдается при крупных частицах, например при движении воды в каменной наброске. По С. В. Избашу при фильтрации в каменной наброске, см/с, составляет

,

Где - средний диаметр шара, равновеликого камню, см; - пористость каменной наброски.

Похожие статьи




Коэффициент фильтрации - Основы движения грунтовых вод

Предыдущая | Следующая