Celem ćwiczenia było zapoznanie się z podstawami teoretycznymi i sposobami prowadzenia obliczeń hydraulicznych w przypadku przepływu wody w ośrodku porowatym (filtracja), doświadczalne wyznaczenie układu zwierciadła wody przesączającej się przez zaporę ziemną (nasyp drogi lub linii kolejowej, wał przeciwpowodziowy itp.) przy wykorzystaniu urządzenia

szczelinowego oraz sprawdzenie wpływu uproszczenia polegającego na traktowaniu ruchu

ustalonego płaskiego jako ruchu ustalonego jednowymiarowego (zał. Dupuita)

Ruch wody w ośrodku porowatym zwany jest również przepływem filtracyjnym albo krócej

filtracją. Ośrodek porowaty składa się materiału tworzącego szkielet gruntowy oraz wolnych

przestrzeni. Jednym z podstawowych parametrów charakteryzujących filtracyjne własności ośrodka jest porowatość. Współczynnik porowatości objętościowej (współczynnik porowatości) definiowany jest jako graniczna wartość stosunku objętości porów ΔVp w ośrodku porowatym do objętości całej próbki ośrodka ΔV. W filtracji bierze udział tylko część przestrzeni porowej zwana objętością efektywną ΔVe i uzyskujemy odpowiednio współczynnik porowatości efektywnej ne

Prędkość filtracji

Prędkość filtracji jest to pewna fikcyjna prędkość, z jaką płynęłaby dana ilość wody, gdyby

przepływ odbywał się w całej objętości, a nie tylko w przestrzeni porów . Prędkość filtracji określana jest również jako wydatek jednostkowy ,ponieważ określa wydatek cieczy z uwzględnieniem kierunku jej ruchu przez jednostkowe pole powierzchni prostopadłe do tego kierunku. W rzeczywistości jednak ciecz przepływa tylko przez przestrzenie między ziarnami szkieletu gruntowego, a zatem rzeczywista uśredniona prędkość przepływu przez grunt, tzw. prędkość porowa.

Przy rozwiązywaniu problemów dotyczących filtracji zasadniczą rolę odgrywa podstawowe prawo filtracji tzw. Prawo Darcy'ego . Darcy stwierdził, iż strumień jednostkowy wody przepływający przez grunt jest wprost proporcjonalny do spadku hydraulicznego I,

v f =K* I

Wielkość K jest współczynnikiem proporcjonalności zwanym współczynnikiem przewodności hydraulicznej lub też współczynnikiem filtracji.

Filtracja przez zaporę ziemną

Przesączanie wody przez zaporę ziemną jest zagadnieniem dwuwymiarowym. Woda przepływa wzdłuż linii prądu ograniczonych dolną nieprzepuszczalną powierzchnią oraz linią swobodnego zwierciadła wody, zwaną krzywą depresji. Przepływ wody w gruncie można zastąpić przepływem oleju w pionowej szczelinie między dwiema płaskimi płytami, to otrzymuje się analogiczny kształt krzywej depresji. Szerokość szczeliny wynika z kryterium Reynoldsa wyrażonego równymi wartościami liczby Reynoldsa modelu i przepływu rzeczywistego. W celu jego uproszczenia ruchu dwuwymiarowego często możemy wykorzystać pewną regularność przepływu. Jeżeli mianowicie krzywizny linii prądu nie są znaczne, to możemy pominąć zmienność prędkości w poprzek strumienia i posłużyć się prędkością średnią vf. Wtedy można potraktować ruch płaski (dwuwymiarowy) jako ruch jednowymiarowy. Jest to istota założenia Dupuita. Dodatkowym elementem wynikającym z tego założenia jest pominięcie w obliczeniach tzw. obszaru wysączania zwanego inaczej zeskokiem hydraulicznym.

Obliczenia:

Dane:

H=13,4cm

=3,7cm

L=29cm

={0;0,5;1,0;1,5;2,0;3,0;8,0;16,0;22,0;25,0;29,0}cm

L.P	Odległość	Wysokość zwierciadła cieczy[cm]		Różnica bezwzględna[cm]	Różnica względna[%]
	s
1	0,0	3,7	3,7	3,7-3,7=0,0	=0,0
2	0,5	4,5	4,1	4,5-4,1=0,4	=8,89
3	1,0	5,2	4,4	5,2-4,4=0,8	=15,38
4	1,5	5,8	4,7	5,8-4,7=1,1	=18,97
5	2,0	6,4	5,0	6,4-5,0=1,4	=21,88
6	3,0	7,7	5,6	7,7-5,6=2,1	=27,27
7	8,0	9,6	7,7	9,6-7,7=1,9	=19,79
8	16,0	11,5	10,3	11,5-10,3=1,2	=10,43
9	22,0	12,5	11,8	12,5-11,8=0,7	=5,6
10	25,0	12,9	12,5	12,9-12,5=0,4	=3,1
11	29,0	13,4	13,4	13,4-13,4=0,0	=0,0

---