Расчет коэффициента фильтрации

Показателем водопроницаемости служит коэффициент фильтрации пород (k_ф, м/сут, см/сек), являющийся скоростной величиной. Это важнейшая характеристика грунта, которая показывает способность его пропускать через себя воду, зависит от размеров пустот и трещин.

Вычисление коэффициента фильтрации по эмпирическим формулам основано на использовании данных гранулометрического состава песков, его пористости вязкости воды и других показателей, влияющих на его величину.

По результатам механического анализа грунта, представленным в таблице 3, строится график гранулометрического состава в полулогарифмическом масштабе (рисунок 8).Для того чтобы нанести на логарифмическую сетку результаты мехсостава, по оси абсцисс откладываем логарифмы диаметров частиц, а по оси ординат – процентные содержания фракций по их совокупности. Затем полученные точки соединяем кривой линией и получаем интегральную кривую.

По построенной кривой определяем диаметры частиц, соответствующие 10 и 60%-ому содержанию от суммы всех частиц, первый из них называется эффективным диаметром (d₁₀ =d_е) – диаметр, меньше которого в неоднородной породе содержится 10%.

Для нахождения d_е проводим горизонтальную линию до пересечения с кривой гранулометрического состава. Затем опускаем перпендикуляр на ось абсцисс и отмечаем значение эффективного диаметра. Аналогичным путем устанавливаем значение d₆₀. Эти диаметры используются для определения коэффициента неоднородности, который рассчитывается по формуле:

Чем ближе К_н к единице, тем более однороден грунт по размеру слагающих его частиц. При К_н < 5 – порода является однородной, если К_н > 5 – порода неоднородная.

По установленным параметрам песчаного грунта и пористости можно приближенно рассчитать коэффициент фильтрации для рыхлых не связных пород, пользуясь формулой Хазена, если d_е от 0,1 до 3,0 мм и К_н от 1 до 5.

k_ф = С ∙ d_е² ∙ (0,7 + 0,03 ∙ t), м/сут, (3)

где k_ф - коэффициент фильтрации, м/сут;

d_е - эффективный диаметр песчаного грунта, определяется по графику гранулометрического состава, d_е = d₁₀, мм;

t – температура фильтрующейся воды;

(0,7+0,03 ∙ t) – температурная поправка, учитывающая влияние температуры на вязкость воды и скорость ее фильтрации через грунт;

С – эмпирический коэффициент, изменяющийся от 400 (глинистый песок) до 1200 (чистый песок), вычисляется по формуле Ланге:

С = 400 + 40∙(п – п_min), (4)

где п - естественная пористость песка,%

п_min- теоретическая минимальная пористость песка, равна 26,2%.

Образец 1: К_н1= 0,95/0,25= 3,8 – песок однородный

С=400 + 40 (32,6-26,2)= 656

k_ф1 =656×0,25²×(0,7+ 0,03×17)= 49,61 м/сут

Образец 2: К_н1 =0,25/0,07= 3,57 – песок однородный

С=400 + 40 (31,2-26,2)= 600

k_ф2 =600×0,07²×(0,7+ 0,03×12)= 3,12 м/сут

k_фср =(49,61+ 3,12)/2=26,36 м/сут

6.1.2. Определение класса песчаного грунта

Класс грунта может быть определен на основании существующей классификации по ГОСТ 25100-95.

Для установления наименования грунта следует последовательно суммируем проценты содержания частиц от крупных к мелким, принимая наименование грунта по первому удовлетворяющему показателю (таблица 4).

Таблица 4 – Классификация песчаных грунтов по ГОСТ 25100-95

Образец 1 – песок крупный, образец 2 – песок средней крупности

.

По вычисленным значениям k_ф и классу грунта проверяем разновидность основных литологических разностей (таблица 5).

Таблица 5 – Ориентировочные значения коэффициентов фильтрации.