Гидротехнические сооружения. Том II

определенности в форме и размерах сечений пор, точный учет которых совершенно невозможен. Представляется лишь возможным установить, что для крупнозернистых грунтов в большинстве слу чаев зависимость скорости фильтрации от пьезо метрического уклона должна следовать степенному закону вида где / п > 1 , числовые же значения величин k и m в функции механического состава грунта обычно устанавливаются экспериментальным путем. 7. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ГРУНТОВОГО СКЕЛЕТА И ГРУНТОВОЙ ВОДЫ. ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЕ ДАВЛЕНИЕ Теоретические и экспериментальные исследова ния последнего времени в области механики грунтов устанавливают огромное значение проис ходящих в грунтах динамических процессов, обу словливающих равновесие грунтовых масс, под верженных воздействию внешних сил. Большую роль во всем комплексе этих вопросов играют также грунтовая вода и ее взаимодействие с са мим грунтом. При рассмотрении законов движения грунтовых вод и аналитических зависимостей, выражающих динамических процессов в самих грунтах, необ ходимо притти к заключению, что величина по розности, в результате деформаций, происходя щих в грунте, должна изменяться, являясь функ цией тех факторов, которые обусловливают де формации в грунте. Для установления зависимости, характеризую щей взаимодействие скелета и грунтовой поды, выделим в грунтовом потоке элементарный объем грунтовой массы в форме цилиндра длиною I и поперечным сечением », с осыо, расположенной но линии тока (рис. 48). Рассмотрим воздействие на выделенный объем гидродинамического давления грунтового потока. В виду незначительности поперечного сечения цилиндра изменением давления в пределах этого сечения можно пренебречь, приняв величину да вления в пределах поперечного сечения цилиндра постоянной. Суммарное давление со стороны ос нования цилиндра в сечении I будет равно рі» и направлено в сторону движения воды; суммар ное давление на основание I I направлено в сто рону, обратную направлению течения, и равно р 2 ш. Так как давление воды на боковую поверхность одинаково во всех точках этой поверхности (со гласно сделанному допущению) и взаимно уничто жается, то результирующее воздействие грунто вого потока выразится силой Рі<л— р 2 ш = » ( р , - р 2 ). ( 31 ) V-- кі Р m, ( 3 0 ) Рис. 48 эти законы, обычно исхо дят из представлений пол ной неподвижности грунта в целоми составляющих его отдельных частиц. Выше была установлена зависимость скорости филь трации от порозности грунта которая принималась как некоторая исходная характе ристика последнего. Учиты вая однако возможность

пор грунта, поэтому мы называем этот процесс »воздушным кольматажем" или »воздушным заи лением*. Понятно поэтому, что при происходящей таким образом закупорке пор водопроницаемость грунта при прочих равных условиях должна по нижаться. Степень интенсивности рассматривае мого процесса, очевидно, зависит, во-первых, от степени аэрации самой воды, а во-вторых — от величины термического градиента, т. е. от быс троты повышения температуры воды при прохо ждении последней сквозь поры грунта. Известное влияние на ход процесса, несомненно, могут ока зывать и механические свойства грунта. Учет роли всех этих факторов представляется довольно слож ным; в е с ь в о п р о с в ц е л о м в н а с т о я щ е е в р е м я е щ е о ч е н ь м а л о и с с л е д о в а н . Каких-либо аналитических зависимостей, хотя бы и грубо эмпирических, в этой области не суще ствует. При рассмотрении процессов, происходя щих в естественных условиях, т. е. при фильтра ции воды в недрах горных пород, вопрос этот не может иметь существенного значения, так как температура грунтовых вод достаточно постоянна, и сама вода обычно мало аэрирована, но в ряде случаев технической практики (устройство филь тров и т. п.) при известных условиях может ока заться, что тот или иной учет указанного обстоя тельства будет необходим. Понижение величины коэфициента фильтраций, вызванное явлением воздушного заиления, может оказаться весьма значительным, а в некоторых случаях чрезвычайно большим. По опытам автора, произведенным в лабораторных условиях, это из менение за время исследования выразилось в по нижении величины коэфициента фильтрации в 200 раз 1 . Так как часть воздуха все же выно сится токами воды, то весь процесс в конце-кон цов приходит к состоянию некоторого равновесия, при котором количество воздуха в порах грунта остается постоянным. Этот момент характеризуется наступлением стабилизации величины коэфициента фильтрации, причем, как показывает опыт, вели чина пьезометрического уклона почти не влияет на величину коэфициента фильтрации, что заста вляет предположить, что и при наличии воздуш ного заиления грунта закон Дарси полностью со храняет свое значение. Вследствие значительно большего размера сече ний пор в крупнозернистых грунтах, скорость фильтрации воды в них значительно выше, а по тому и скорость течения в порах очень часто может оказаться выше критической. Налицо, та ким образом, имеется уже переход к турбулент ному режиму, и потому в ряде практически воз можных случаев закон Дарси может оказаться здесь неприменимым. Вопросы фильтрации воды в крупнозернистых материалах составляют переходное звено от гид равлики грунтовых вод с ее законами движения воды, вытекающими из условий ламинарного ре жима, к собственно гидравлике, где практически для воды почти всегда имеет место турбулентный режим. Однако и формулы общей гидравлики не могут быть здесь применены вследствие все той же не 1 См. инж. А. В. О с о к и н, Труды Гидротехни ческой лаборатории МИИИЖС. Вып, 1, 1933 г. 6. ФИЛЬТРАЦИЯ В КРУПНОЗЕРНИСТЫХ ГРУНТАХ

Ь Справочник