Основные теоретические положения и методика расчета

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Фильтрационные расчеты

Б2.В.ОД.2 ГИДРАВЛИКА

к практическим занятиям по гидравлике.

Фильтрационные расчеты

Направление подготовки бакалавра

270800 Строительство

Уфа 2012

УДК 378.147:532

ББК 74.58:30.128

Х

Рекомендовано к изданию методической комиссией факультета землеустройства и лесного хозяйства (протокол №8 от 3 июня 2012 г.)

Составитель: доцент Хасанова Л.М.

Рецензент: доцент Хафизов А.Р.

Ответственный за выпуск: заведующий кафедрой природообустройства, строительства и гидравлики к.с.-х.н., доцент Мустафин Р.Ф.

г. Уфа, БГАУ, кафедра природообустройства, строительства и гидравлики

1 ЦЕЛЬ ЗАНЯТИЯ – Ознакомиться с методикой фильтрационных расчетов

2 СОДЕРЖАНИЕ ЗАНАТИЯ:

- основные теоретические положения и методика расчета;

- решение задач.

Фильтрация воды в порах водопроницаемого грунта характеризуется скоростью, которая определяется по формуле:

u=Q/w, (1)

где Q – фильтрационный расход;

w - площадь поперечного сечения пористой среды.

Основной закон ламинарной фильтрации записывается в виде:

Q=w*К*I, (2)

где К – коэффициент фильтрации;

I – гидравлический уклон;

Коэффициент фильтрации определяют расчетом по эмпирическим формулам:

для песчаных грунтов по формуле Хазена:

К=сd_Э²g/n, (3)

где с – безразмерный коэффициент, зависящий от пористости грунта;

d_Э – эффективный диаметр частиц пористой среды;

n - кинематическая вязкость воды

Формула (2) справедлива для воды обычной температуры (n=0,01см²/с) при u*d<(0.01¸0.07). Если условие не удовлетворяется, имеем турбулентную фильтрацию, когда скорость выражается формулой:

u= k *I^m, (4)

где m – показатель степени, определяемый опытным путем (m =0,5…1,0).

Переход к турбулентной фильтрации определяется критическим значением числа Рейнольдса: Re_ф.кр=7¸ 9.

Число Рейнольдса определяется по формуле:

Re_ф= , (5)

где р – пористость грунта

При безнапорной фильтрации и равномерном движении грунтовых вод для прямоугольного сечения грунтового потока расход определяется выражением:

Q=К*h₀*b*I; (6)

Или q= К*h₀*I, (7)

где h₀ – глубина потока при равномерном движении;

b – ширина потока;

q – удельный расход.

Расчет плавно изменяющегося безнапорного потока часто сводится к построению кривой депрессии, что представляет большой практический интерес. Например, при рассмотрении фильтрации воды из канала в реку, чтобы оценить величину потерь или при проектировании земляных плотин, через которую просачивается вода.

При плавно изменяющемся неравномерном движении грунтовых вод для широких потоков расчетные формулы имеют следующий вид (в зависимости от уклона подстилающего подслоя):

1) При уклоне i=0 (рисунок 1):

, (8)

где L – расстояние между сечениями потока с глубинами h₁ и h₂;

Рисунок 1 Кривая свободной поверхности фильтрационного потока при i=0

2) При прямом уклоне (i> 0, рисунок 2)

Рисунок 2 Кривые свободной поверхности фильтрационного потока при i>0

а) для кривой подпора

L= (9)

б) для кривой спада

L= (10),

где h₁=h₁/h₀ и h₂=h₂/h₀ (h₀ – глубина, соответствующая равномерному движению);

3) При обратном уклоне (i < 0, рисунок 3)

Рисунок 3 Кривая свободной поверхности при уклоне i<0

L= . (11)

На практике также часто решается задача по определению притока воды к водосборной галерее или вертикальным колодцам. Рассмотрим некоторые случаи.

Дебит совершенного грунтового колодца (рисунок 4) определяется по формуле:

Q=1,36 , (12)

где H – мощность водоносного слоя;

h – глубина волы в колодце;

r₀ – радиус колодца;

R–радиус влияния колодца, определяемый при предварительных расчетах по формуле:

R=3000(H-h) . (13)

Рисунок 4 Кривая депрессии

Дебит артезианского колодца (рисунок 4) определяется по зависимости:

Q=2,73 (14)

или

Q=2,73 , (15)

Где H– напор в водоносном пласте в естественном состоянии;

t – глубина (мощность) водоносного пласта;

S=H-t – глубина откачки.

Дебит совершенного грунтового колодца, расположенного вблизи водоема (рисунок 5), определяется по уравнению

Q= , (16)

где H – глубина воды в водоеме;

l – расстояние оси колодца от берега водоема.

Рисунок 5 Кривая депрессии

Дата добавления: 2015-07-02