Фильтрационный режим плотин

ЛЕКЦИЯ 6

Фильтрацией называется движение жидкости в пористой или трещиноватой среде. С точки зрения конструирования сооружений фильтрационный расчет во многих случаях имеет превалирующее значение, например, при проектировании подземного контура сооружений, при проектировании дренажных устройств, при определении контура грунтовых плотин и др.

При выполнении фильтрационного расчета обычно определяются следующие характеристики фильтрационного потока:

· Положение кривой депрессии;

· Давление в различных точках области фильтрации (например, по подошве сооружения);

· Скорости фильтрации в различных заданных точках области фильтрации (например, на поверхности дна нижнего бьефа);

· Полный фильтрационный расход или частичные расходы фильтрационного потока;

· Гидродинамическая сетка фильтрации или линии равных напоров.

Главнейшими вопросами, решаемыми на основе фильтрационного расчета, являются:

· Проверка устойчивости в отношении размыва (суффозии) грунта в сооружении и его основания;

· Определение устойчивости бетонных плотин на плоский сдвиг.

· Определение устойчивости откосов грунтовых плотин;

· Определение размеров противофильтрационных устройств (экранов, понуров, ядер, зубьев, шпунтов и др.);

· Определение размеров дренажных устройств.

Основным законом фильтрации является закон Дарси, который был установлен экспериментальным путем в 1856 г. и имеет вид (рис. 6.1):

или ,

где — скорость фильтрации;

Δ h — потери напора на участке длиной l;

l — длина рассматриваемого участка;

— эмпирический коэффициент фильтрации, характеризующий физические свойства грунта в отношении его водопроницаемости и имеющий размерность скорости. Коэффициент фильтрации показывает скорость фильтрации при единичном градиенте напора . Для предварительных расчетов значения можно принимать в соответствии с табл. 2 СНиП 2.06.05-84*.

Учитывая, что , получаем:

.

Рис. 6.1. Графическое представление закона Дарси

Из последнего уравнения следует, что потери напора на участке l линейно зависят от скорости движения потока, что говорит о том, что движение фильтрационного потока является ламинарным.