Spadek hydrauliczny, spadek krytyczny. Prawo Darcy`ego i zakres jego ważności.
SPADEK HYDRAULICZNY: Różnica wysokości hydraulicznej między dwoma punktami położonymi na jednej linii prądu (na kierunku maksymalnego spadku) w warstwie wodonośnej, przypadająca na jednostkową odległość między tymi punktami:
grad H = - H/L -(H2 -H1)/L = I
Wymiar: grad H = [1], I = [1] Gradient TM
SPADEK KRYTYCZNY: przy ruchu wody w gruncie powstaje opór tarcia wody o cząsteczki gruntowe, na pokonanie tego oporu musi być użyta hydrauliczna różnica ciśnień wody działających na przednia i tylna ścianę rozpatrywanego elementu gruntu. Siła ciśnienia wody wywierana na cząstki gruntowe zawarte w jednostce objętości wynosi ps=Ps/V=i*gamma=hw*gammaspływowe;ps-cisn; splywowePs-parcie splywowe; v-objetosc gruntu i-spadek hydrauliczny Ps=ps*V=i*gammaw*V Siłę tę nazywamy ciśnieniem spływowym (hydrodynamicznym) liczbowo równa się iloczynowi spadku hydraulicznego i ciężaru właściwego wody. Kierunek działania tej siły jest styczny do linii przepływu (linii prądu). Jest to siła objętościowa, ma miano kN/m3.
PRAWO DARCEGO
Na podstawie badań laboratoryjnych przeprowadzonych w pionowym cylindrze wypełnionym piaskiem dary stwierdził że natężenie przepływu Q jest proporcjonalne do powierzchni przekroju i różnicy i różnicy wysokości piezometrycznej, a odwrotnie proporcjonalny do długości przepływu Q=kF[(h1-h2)/dl]=-kF(dh/dl)=Kfi . Prawo dartego jest wyrazem zasady równowagi sił v=k*i=-k*(dh/dl). Straty wysokości hydraulicznej dh wyrażają strat ę energii strumienia na odcinku przepływu dl. Straty hydrauliczne dh należy obliczać zawsze między dwoma punktami leżącymi na tej samej linii prądu. Prędkość filtracji jest liniowo zależna od spadku hydraulicznego hydraulicznego związku z czym prawo dartego nazywamy liniowym prawem filtracji. Wyraża ono zasadę równowagi sił działających na ciecz przy jej przepływie przez ośrodek. Na ciecz wypełniającą pory elementu objętości ośrodka porowatego działają następujące siły: składowa sił ciężkości, różnica sił ciśnienia porowego w przeciwległych powierzchniach elementu prostopadłych do kierunku r, siły oporu ruchu wynikające z tarcia laminarnego. Prawo dartego traci swoją ważność wszędzie tam gdzie poza tarciem laminarnym występują dodatkowe siły oporu, w szczególności siły powierzchniowe, bezwładnościowe oraz tarcia burzliwego.
Dolna granica stosowalności. W przypadku, gdy woda związana tylko częściowo wypełnia pory, ruch cieczy występuje przy dowolnie małych spadkach hydraulicznych. Mimo, że zagadnienie ruchu sublaminarnego (w przedziale przedliniowym) dyskutowane jest w literaturze od wielu lat, to brak dotychczas badań, które pozwalałyby na podstawie cech fizycznych gruntu na ilościowe określenie zarówno wartości spadku początkowego jak i spadku odpowiadającego dolnej granicy ważności prawa Darcy. Orientacyjnie można przyjąć, że dla gruntów spoistych początkowe spadki hydrauliczne są większe od 6 (Ludewig) albo (wg Rozy) od 15. Swartzendruber dla przedziału przedliniowego zaproponował wzór v=k*(l+D*I)*I
Górna granica stosowalności. Dotychczasowe badania zmierzające do określenia górnej granicy stosowalności prawa Darcy oparte są bądź na określeniu odpowiednika liczby Reynoldsa, bądź na określeniu górnej granicy spadku hydraulicznego. Pawłowski: Re=7-9. Szczełkaczew: Re=1-12. Millionszykow i Czarny: Re=0,022-0,290. Kotiachow: Re=0,3. Sichardt: I=1/15√k.