Гидротехнические сооружения. Том II

Отсюда вывод: п о л у ч е н и е б е с к о н е ч н ы х с к о р о с т е й о б я з а н о и с п о л ь з о в а н и ю з а к о н а Д а р с и т ам , г д е он н е п р и м е н и м . Следует однако признать, что даже такая простая зависимость, как V — k-i, приводит к сложнейшим задачам гидромеханики, когда мы пытаемся иссле довать явления фильтрации под плотинами. Усложнение формулы Дарси на долгие годы парализовало бы теоретические работы по филь трации. Поэтому на данном этане трудно отка заться от удобной формулы Дарси, но выводы следует применять с осторожностью. УСТАНАВЛИВАЮЩИЕ ЗАВИ СИМОСТЬ КОЭФИЦИЕНТА ФИЛЬТРАЦИИ ОТ СВОЙСТВ ГРУНТА Функциональная зависимость величины k от свойств грунта чрезвычайно сложна и не может быть установлена теоретически вследствие край него разнообразия гранулометрического состава грунтов и полной невозможности какого-либо учета действительного вида и формы составляю щих грунт зерен. Зависимость эта может быть установлена лишь приблизительно и притом только экспериментальным путем, попытки же теорети ческого решения вопроса неизбежно должны ба зироваться на ряде больших или меньших допу щений. Сказанным объясняется то обширное ко личество экспериментальных формул, получаемых различными исследователями в результате попы ток дать взамен основного выражения закона Дарси такую формулу, в которой зеличина k была бы выражена через те или другие характе ристики механического состава и порозности грунта. Многие из этих формул учитывают также и влияние температуры воды, что, как мы видели, не может представлять особых затруднений. Ми одна из этих формул не отвечает полностью ре шению поставленной задачи, оказываясь точной л и ш ь д л я т е х г р у н т о в , с к о т о р ы м и о п е р и р о в а л э к с п е р и м е н т а т о р . При таких обстоятельствах этими формулами нельзя пользоваться для получения ответственных выводов в плотиностроении. Поэтому величина k должна определяться опытсм. В ПОРАХ ГРУНТА Помимо рассмотренных выше факторов, влияю щих на величину коэфициента фильтрации и за ключающихся как в свойствах самого грунта (ме ханический состав и порозность), так и в свой ствах воды (вязкость), в отдельных случаях при ходится считаться еще с одним обстоятельством, в сильной степени влияющим на изменение ко эфициента фильтрации. Обстоятельство это заклю чается в роли воздуха, тем или иным путем ока зывающегося защемленным в порах грунта. Не останавливаясь на причинах, вызывающих появление в грунте этого воздуха, укажем лишь на возможность выделения такового из самой воды, в которой он может заключаться в раство ренном состоянии. Такого рода процесс в особен ности может иметь место при повышении темпе ратуры воды, при условии, что вода является до статочно аэрированной. Воздух в этом случае по лучает способность выделяться из воды; в виде отдельных пузырьков он застревает в порах грунта. Действие воздуха при этом равносильно заилений 4. ФОРМУЛЫ, 5. ВЛИЯНИЕ ВОЗДУХА, НАХОДЯЩЕГОСЯ

Справедливость закона Дарси, в смысле пропор циональности скорости первой степени пьезомет рического уклона, находит также подтверждение в выводах ГІуазейля, полученных им в результате экспериментального исследования движения воды в капиллярных трубках и подтвержденных впо следствии теоретически. 3. ПРЕДЕЛЫ ПРИМЕНИМОСТИ ЗАКОНА ДАРСИ Некоторые исследователи, пришедшие к ука занным ниже заключениям на основании своих опытов, установили, что закон Дарси применим л и ш ь п р и о п р е д е л е н н ы х у с л о в и я х , в которых происходит фильтрация, причем усло вия эти зависят как от величины пьезометриче ского уклона, так и от механического состава грунта, т. е. порозности и крупности зерен. Можно утверждать, что вопрос о пределах при менимости закона Дарси не может считаться пол ностью разрешенным и по настоящее время. Од нако некоторые данные по этому вопросу полу чены. Движение грунтовых вод в капиллярной пори стой сети, как правило, относится к ламинарному или струйчатому виду движения воды; однако при повышении скорости течения в порах по следняя может превысить значение критической для данного грунта скорости, и режим движения перейдет в турбулентный; в этом случае выраже ние (12) заменится следующим V'" — h • iр, (26) где от> 1, а потому указанный момент и будет соответствовать пределу, выше которого закон Дарси, очевидно, не может иметь места. Дарси первый убедился в том, что его формула не является абсолютно верной. Экспериментами 1932—1933 гг. установлено (Erik Lindquist), что формула Дарен верна лишь в том случае, если число Рейнольдса Vd Е R (27) меньше 4 (здесь V — средняя скорость, d—круп ность зерна H V — кинематический коэфициент вязкости). Это значит, что при - ] - 8 й Ц произведение из средней скорости V (см/сек) на Л (мм) должно быть менее 0.50; иначе формула Дарси неприме нима: l / - r f < 0 , 5 0 . (28) Тщательными исследованиями установлено, что для песка с 38°,'о пор имеем V— - - Ш -Д (29) 2 500 V-1-40 -V-d к ' где g—у с к ор е ние силы тяжести (см. „Труды I международного конгресса по высоким плотинам-, т. V, сгр. 100—101). В 1935 г. проф. Покровский доказал, что фор мула Дарси для земляных плотии неверна даже при градиентах меньших единицы, не говоря о больших („Гидротехническое строительство" №6 , 1935 г.). Необходимо здесь же отметить, что в гидротех нических решениях задач о фильтрации нередко получаются бесконечные скорости при любом зна чении действующего в плотине напора Н. Между тем физически невозможны скорости больше