Законы движения подземных вод и способы обуздать стихию

ГИДРОМЕХАНИКА — КЛЮЧ К ПОНИМАНИЮ ПОДЗЕМНЫХ ПРОЦЕССОВ

Прежде чем говорить об основных законах движения подземных вод, стоит определиться с их динамикой и понять, что же это такое.

Динамика подземных вод — наука, изучающая движение как природных, так и искусственных потоков воды в горных породах земной коры. Подземные реки находятся всегда в движении и напрямую влияют на поведение грунтов, их дренажей, и, как следствие, на прочность фундамента будущего или уже построенного здания. Таким образом, основной закон движения подземных вод определяет успех строительства.

Важный аспект, который обязательно учитывают профессионалы — особенности процессов фильтрации, то есть движения сплошной массы грунтовых вод, нефти или газа в пористых породах. 

Может происходить в разных режимах: жестком и упругом. 

• При жестком режиме в неглубоко расположенных фильтрационных потоках со свободной или напорной поверхностью незначительные изменения водопроницаемости горных пород и плотности воды не учитывают. 
• При упругом режиме в глубокозалегающих водоносных горизонтах изменяются плотность воды и пористость водоносной породы.

Для ряда почв характерна инфильтрация — частичное заполнение пор воздухом или паром при движении воды. Явление встречается в поверхностных зонах.

Само движение подземных вод также разделяют на типы:

• Установившееся. Характеризуется постоянной скоростью и напором, его параметры неизменны во времени. Иногда поток настолько мал, что им допустимо пренебречь при строительстве.
• Неустановившееся. Наоборот, изменяет свои параметры времени, места и ряда других показателей.
• Напорное. Характеризуется нахождением под постоянным давлением, за счет него и происходит движение.
• Безнапорное. Обладает свободной поверхностью, давление в этом случае равняется атмосферному.

Закон Дарси

Перейдем к практической части, для получения цифровых значений и расчета перемещения подземных вод используют специальную формулу. В 1856 году инженер-гидравлик Анри Дарси установил линейную зависимость, существующую между скоростью фильтрации V и силами сопротивления. Формулировка основного закона движения подземных вод гласит:

Q=KфF (ΔH/L)

где Q — объемный расход жидкости через фильтр длиной L и площадью поперечного сечения F; 

ΔH — разность напоров; 

ΔH/L — гидравлический уклон; 

Kф — коэффициент фильтрации: скорость фильтрации при гидравлическом уклоне, равном единице. 

• Ламинарное – движение параллельными струями, наиболее характерное для движения подземных вод;
• Турбулентное – движение происходит не сплошным потоком, а струйками, которые движутся в разных направлениях. Характерно для горных пород, где вода движется по крупным пустотам, а также в зоне вокруг фильтра водозаборных скважин во время откачки воды.

Пределы применимости закона Дарси

На практике отмечены случаи несоответствия закону Дарси. Исходя из этого выделены верхний и нижний пределы применимости закона:

• верхний выполняется для максимально водопроницаемых пород при достижении критической скорости фильтрации;
• нижний наступает при низких скоростях фильтрации в глинистых и крупнообломочных горных породах.

Помимо этого следует учитывать, что в закарстованных, крупнообломочных и сильно трещиноватых породах скорости движения подземных вод могут быть достаточно большими, а режим потока становится турбулентным. 

В подобных ситуациях вместо формулы Дарси используется нелинейный закон Шези–Краснопольского:

где К'ф – коэффициент турбулентной фильтрации, который определяют опытным путем.

Согласно формуле, при турбулентном движении скорость фильтрации пропорциональна

напорному градиенту в степени ½.

Применить данные уравнения без должного опыта просто невозможно. С расчетом на вашем объекте помогут специалисты группы компаний «КС» и «ВММоторсервис»! Просто заполните форму обратной связи, и мы вам перезвоним в ближайшее время!

КОЭФФИЦИЕНТ ФИЛЬТРАЦИИ

Коэффициент фильтрации или водопроницаемость грунта – это скорость прохождения жидкости через почву с гидравлическим градиентом, равняющимся единице. Этот показатель характеризует способность различных грунтов пропускать воду под влиянием силы тяжести. Ориентируясь на данные геологоразведки, специалисты принимают решение о возможности возведения объекта на участке.

Водопроницаемость грунта имеет огромное значение при строительстве дорог и зданий, а также ландшафтных работах. Несмотря на то что средние значения коэффициента фильтрации известны, на каждом объекте необходимо выявлять эти показатели. Для этого используют один из трех методов:

• опытные откачки в полевых условиях; 
• фильтрационные приборы в лабораториях; 
• эмпирические формулы, учитывающие состав и пористость почвы.

Коэффициент фильтрации некоторых пород:

 Для детального определения коэффициента фильтрации используют расчетный, полевой и лабораторный методы.

Расчетные методы чаще применяют для песка и гравия, дают приблизительные значения. Допустимы на начальных стадиях исследования, но целиком полагаться на результаты не стоит.

Скорость фильтрации находят по формуле:

v = КфI

Где V - это скорость, Кф — коэффициент фильтрации, а I — гидравлический градиент.

Следует помнить, что в расчетах указано значение движения воды по всему сечению грунта, однако на практике существуют поры и трещины, поэтому расчетная скорость неизбежно отличается от действительной.

Лабораторные методы предполагают вычисление скорости грунта по взятому образцу. При этом для экспериментальной части используют специальные приборы, создающие постоянный и переменный напор.

При полевом методе все расчеты проводятся на месте, с помощью специальной измерительной техники и геодезических изысканий. Подобные расчеты считаются самыми достоверными, однако более трудоемкими и дорогими.

Если вы уже получили данные геологоразведки и планируете приступить к нулевому этапу работ, обращайтесь к экспертам в вопросах водопонижения на строительных площадках. 

КАК ОБУЗДАТЬ СТИХИЮ?

Для осушения территории под строительство и укрощения подземных вод используют различные методы. Это и закрытый дренаж, и открытая система канав. Чаще всего осушение требует не только умелых рук и лопаты, но и специализированной техники. С ее помощью можно проводить дренирование участка, понижать уровень грунтовых вод иглофильтрами, эжекторными установками, вакуумными насосами или мотопомпами.

Зачастую приходится строить не на самом подходящем участке, где влияние подземных вод велико. При этом возникают сложности с заливкой и герметизацией фундамента. Более чем десятилетний опыт работ по водопонижению дает нам основания утверждать, что невыполнимых задач не существует. Наши специалисты оценят обстановку на участке и подберут наиболее подходящее решение, которое будет учитывать все сложности.

Группа компаний «КС» и «ВММоторсервис»:

• производит насосное оборудование, иглофильтры и комплектующие;
• предоставляет в аренду системы водопонижения Борей, Varisco;
• выполняет водопонижение грунтовых вод с глубиной залегания до 16 метров;
• на основе представленных гидрогеологических исследований разрабатывает проект работ по водопонижению.

Позвоните по номеру телефона, указанному на сайте, или заполните форму обратной связи, чтобы мы могли предложить наиболее эффективное решение и проконсультировать по всем возникающим вопросам.