Водопроницаемость грунтов
Проницаемость грунтов — способность грунтов пропускать сквозь себя воду за счёт градиента напора. Связана с одним из важнейших процессов массопереноса в грунтах — фильтрация воды (или иных жидкостей), изучаемой в инженерной геологии и гидрогеологии.
Закономерности проницаемости
Закономерности фильтрации воды в водонасыщенных грунтах при ламинарном режиме течения 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∙ρwS∙gradI /η , где kп — коэффициент проницаемости грунта, в дарси (Д); S — площадь поперечного сечения, см2; ρw — плотность воды, г/см3; η — вязкость воды, спз.
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/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 |
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). – М. – СПб.: 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