Вычисление основных площадных характеристик грунтового потока

На строительных площадках при решении практических задач по водоснабжению или устройству дренажей почти всегда необходимо знать направление движения потоков подземных вод. При отсутствии карты гидроизогипс данные для отдельного участка получают методом трех скважин. Рассмотрим методику определения направления потока грунтовых вод этим методом, построим колонку одной из скважин, определим скорость фильтрации и действительную скорость потока грунтовых вод, а также единичный расход грунтового потока.

Пробурено три скважины, которые расположены (в плане) в углах равностороннего треугольника со стороной 160 м. Всеми скважинами вскрыты водоносные пески, подстилаемые водоупорными глинами. В таблице 4 приведены данные полученные при бурении.

Таблица 4

Колонка скважины приведена на рис. 11 а. Для определения направления потока составляют (в масштабе) план расположения скважин (рис. 11 б), указывают их номера и абсолютные отметки уровня грунтовых вод (УГВ) в каждой скважине. Направление потока в плане перпендикулярно гидроизогипсам (или их касательным в отдельных точках, если поток криволинейный). При наличии только трех скважин криволинейность потока не может быть учтена, и все гидроизогипсы будут параллельны, поэтому достаточно провести одну из них. С этой целью между скважинами с максимальной (27,3 м) и минимальной (19,9 м) отметками УГВ путем линейной интерполяции находят точку с отметкой, равной 22,4 м (точка А на рис. 116). Через точку А и скважину 1 проводят гидроизогипсу (жирная линия). Направление потока перпендикулярно гидроизогипсе и направлено в сторону понижения уровня грунтовых вод (показано стрелкой).

Колонка буровой скважины №1 (а) и

план-схема определения направления потока (б)

Рис. 11

Скорость фильтрации вычисляют между любыми двумя точками, расположенными по направлению потока по формуле:

V = k_фI,

I = (Н₁ – Н₂) / l,

где I - гидравлический уклон;

Н₁ и Н₂ - соответственно напоры в двух точках, расположенных по направлению течения воды;

l - расстояние между точками, в которых определялись напоры Н₁ и Н₂.

Для вычисления скорости фильтрации опускают перпендикуляр на гидроизогипсу (рис. 11 б) и определяют (по масштабу) расстояние от скважины 3 до точки Б; l = 104 м. Напор в любой точке измерят от условной горизонтальной линии, следовательно, в скважине 3 и точке Б их можно принять равными абсолютным отметкам уровня грунтовых вод, т. е. Н₁ = 27,3 м; Н₂ = 22,4 м, тогда:

V = 3,4(27,3 - 22,4) / 104 ≈ 0,16 м/сут ≈ 4,8 ∙ 10^-4 см/с

Действительная скорость потока:

U = V / n = 0,16 / 0,38 ≈ 0,42 м/сут

Единичный расход грунтового потока – наиболее удобная количественная характеристика плоского подземного потока (расход при ширине потока, равной 1 метру), вычисляем по закону Дарси:

q = k_фIhb,

где h - средняя мощность водоносного горизонта, b – ширина потока = 1 м.

h = h₁ + h₂ + h₃ / 3 = (22,4 - 19,5) + (19,9 - 16,7) + (27,3 - 24,1) / 3 = 3,1 м

Q = 3,4 х 3,1 х 0,05 ≈ 0,5 м³/сут