Проницаемость грунтов — способность грунтов пропускать воду за счёт градиента напора.
Закономерности проницаемости Закономерности фильтрации воды в водонасыщенных грунтах при ламинарном течении описываются законом Дарси: v = kф∙ gradI, где v — линейная скорость фильтрации, см/с; kф — коэффициент фильтрации, см/с; gradI — градиент напора, равный отношению величины падения напора (ΔH) к длине пути фильтрации (L), т.е. gradI = ΔH/L. Коэффициент фильтрации является основной характеристикой водопроницаемости грунтов и измеряется в см/c или м/сут.
Для объёмной скорости фильтрации (vоб), измеряемой в см3/c (или в м3/сут), закон Дарси имеет вид: vоб = kф∙S∙gradI = kп∙ρw∙g∙S∙gradI/η , где kп — коэффициент проницаемости грунта, в дарси (Д); S — площадь поперечного сечения, см2; ρw — плотность воды, г/см3; η — динамической коэффициент вязкости воды, спз; g — ускорение свободного падения, м/с2.
Коэффициент проницаемости (kп) имеет размерность площади и в системе СИ измеряется в м2, а в СГС — в см2. На практике чаще используется другая единица измерения коэффициента проницаемости — дарси (Д); 1 Д = 1,02∙10−12 м2 = 1,02∙10−8 см2. Соотношение между kф и kп следует из выражения: kф = kп∙ρw∙g/η. Уравнение Дарси в простой форме справедливо лишь в определенных пределах скоростей фильтрации, определяемых диапазоном числа Рейнольдса Re = 1 — 10.
Факторы проницаемости Проницаемость грунтов зависит от большого числа факторов. Наиболее существенно на kф влияют структурно-текстурные особенности грунта: гранулометрический состав, его однородность, форма и размер пор, ширина раскрытия трещин и т.п. В зависимости от этих факторов коэффициент фильтрации различных грунтов меняется в очень широких пределах (см. табл.). Увеличение геостатического давления приводит к уплотнению грунтов, уменьшению их пор, следствием чего является общее снижение kф грунтов с глубиной. Наличие защемлённых газов уменьшает kф. На величину kф также влияют и особенности фильтрующейся жидкости, а также условия фильтрации. Среди внешних факторов наибольшее влияние на kф оказывает температура: с её ростом происходит увеличение kф.
Проницаемость различных грунтов (по Н.Н. Маслову) Грунты kф, м/сут Характеристика грунтов по водопроницаемости Глины, монолитные скальные грунты < 5 •10−5 Практически непроницаемые Суглинки, тяжелые супеси, нетрещиноватые песчаники до 5 •10−3 Весьма слабопроницаемые Супеси, слаботрещиноватые глинистые сланцы, песчаники, известняки до 0,5 Слабопроницаемые Пески тонко- и мелкозернистые, трещиноватые скальные грунты до 5 Проницаемые Пески среднезернистые, скальные грунты повышенной трещиноватости до 50 Хорошо проницаемые Галечники, гравелистые пески, сильно трещиноватые скальные грунты > 50 Сильнопроницаемые
Определение коэффициента проницаемости Лабораторные эксперименты: Испытание на проницаемость постоянного уровня (англ. Constant Head Permeability Test). Проводится для гравийных и крупных песков. Возможно использование только грунтов нарушенной структуры, так как грунт переформовывается в цилиндры для теста. Испытание на низкоуровневую проницаемость.(англ. The falling head permeability test ) Возможно использование грунтов как нарушенной так и ненарушенной структуры. Проводится для гравийных и крупных песков. Подходит для глин и илов, обладающих низкой водопроницеомостью. Испытание на горизонтальную проницаемость.
Полевые эксперименты: Свободный водоносный горизонт, Напорный водоносный горизонт.
Примечания
Литература Гольдберг В. М., Скворцов Н. П. Проницаемость и фильтрация в глинах. - М.: Недра, 1986; Грунтоведение / Под ред. В. Т. Трофимова, 6-е изд. М.: Изд-во МГУ, 2005, 1024 с.; Королев В.А. Водопроницаемость грунтов / Российская геологическая энциклопедия. В трех томах. Том 1 (А-И). – – : Изд-во ВСЕГЕИ, 2010. С. 211 Базовые понятия инженерной геологии и экологической геологии: 280 основных терминов./ Под ред. В. Т. Трофимова. - М., ОАО Геомаркетинг, 2012, 320 с. Полубаринова-Кочина П. Я. Теория движения грунтовых вод. - М.: 1952. База данных фильтрационных параметров грунтов ParaBase
Категория:Инженерная геология Категория:Грунтоведение Категория:Гидрогеология Категория:Механика грунтов