background image
background image

Infiltracja 

– wsiąkanie wody pochodzącej z opadów atmosferycznych, z cieków i 

zbiorników powierzchniowych oraz z kondensacji pary wodnej z powierzchni terenu do
strefy aeracji, a następnie (po oddaniu części tych wód do atmosfery Ewapotranspiracja) 
przesączanie do strefy saturacji 

Filtracja

– to ruch wód gruntowych, który zachodzi w ośrodku porowatym. Woda występuje 

w gruncie w różnych formach (woda kapilarna, zawieszona, higroskopijna itp.) jednakże 
zjawisko filtracji obserwujemy gdy woda jest w stanie wolnym (w strefie saturacji), 
wypełnia wszystkie pory gruntu, pory mają odpowiednią wielkość i woda może się w nich 
poruszać pod wpływem sił ciężkości lub zróżnicowanego ciśnienia.

background image

Pory w gruncie są połączone, więc przepływ wody możliwy jest nawet w 
najbardziej zagęszczonych gruntach naturalnych. W próbce gruntu woda może 
przepływać z punktu A do punktu B, jednakże nie po linii prostej i ze stałą
prędkością, lecz od poru do poru po krzywej.

Przybliżona droga 
przepływu (widziana 
gołym okiem)

Rzeczywista droga 
przepływu (widziana 
przez mikroskop)

A

B

Droga przepływu w gruncie.

background image

Filtrację najczęściej traktuje się jako ruch 

laminarny

czyli warstwowy. W ruchu 

laminarnym cząsteczki wody poruszają się równolegle do siebie i do osi przewodu. Ruch 
laminarny występuje przy niewielkich prędkościach przepływu cieczy gdy 

liczba 

Reynoldsa

nie przekracza tzw. wartości krytycznej. W miarę wzrostu prędkości, powyżej 

pewnej wielkości zwanych granicznym spadkiem hydraulicznym igr  i  prędkością
graniczną vgr 
obserwuje się pojawienie ruchu 

burzliwego

(turbulentnego). W przypadku 

tego ruchu cząsteczki wody obok ruchu postępowego wykonują też ruchy poprzeczne do 
wypadkowego kierunku przepływu oraz ruchy wirowe. 

Maksymalną wielkością niewymiarowej liczby Reynoldsa przy której zachodzi w 
gruncie ruch laminarny jest liczba 5 liczona ze wzoru:

Re = (v*d)/υ

gdzie : 
v – prędkość przepływu wody w całym polu przekroju prostopadłego do kierunku 
prędkości
d – miarodajna średnica ziaren
υ – kinematyczny współczynnik lepkości wody

background image

Doświadczenie Darcy’ego.

kiA

A

L

h

h

k

q

4

3

=

=

L

h

h

i

4

3

=

gdzie:
q - wydatek przepływu,
k - stała, współczynnik proporcjonalności, zwany 

współczynnikiem filtracji

,

h

3

- wysokość ponad poziomem porównawczym, do której nastąpiło podniesienie 

wody  w piezometrze umieszczonym powyżej próbki

,

h

4

- wysokość jak h

3

lecz w piezometrze poniżej próbki,

L - długość próbki,
A - pole  całkowite poprzecznego przekroju,  

- spadek hydrauliczny.

Poziom porównawczy

q

wpływu

q

wypływu

Piasek

L

h

3

h

4

4

1
2
3

kiA

=

background image

Wykorzystując powyższe wielkości można następująco wyrazić prawo Darcy
na prędkość filtracyjną:

gdzie
jest współczynnikiem filtracji zależnym od rodzaju gruntu (wielkości i kształtu ziaren) oraz od rodzaju cieczy 
(gęstości i 

lepkości

). 

– spadek hydrauliczny

LEPKOŚĆ

– czyli  TARCIE WEWNĘTRZNE jest to zdolność płynu do przenoszenia naprężeń stycznych między sąsiednimi 

warstwami płynu, poruszającymi się z różnymi prędkościami względem siebie.

k*i

=

współczynnik filtracji:

k = vi

background image

Oznaczanie współczynnika filtracji w aparacie ITB-ZW-K

2

Trudności odtworzenia w warunkach laboratoryjnych rzeczywistych 

warunków przepływu wody przez ośrodek gruntowy powodują, że określone w ten 
sposób wartości współczynnika filtracji obarczone mogą być znacznym błędem. 
Dlatego też do określenia rzeczywistych wartości współczynników filtracji stosuje się

metody polowe

background image

Metoda próbnego pompowania

W przypadku górotworu zbudowanego z gruntów sypkich, jednorodnych i 

izotropowych, spoczywającego na utworach nieprzepuszczalnych, wokół studni 
opartej na stropie gruntów nieprzepuszczalnych wytwarza się symetryczny lej 
depresji – R.

Z.w.g.

S

0

h

H

z

dz

dr

r

r

z

r

0

R

Warstwa wodonośna

Warstwa nieprzepuszczalna

(

)

o

r

R

h

H

q

k

ln

2

2

=

π

gdzie: 
– wydajność studni,
H– grubość warstwy wodonośnej,
S

0

– obniżenie zwierciadła wody 

przy ściance studni,
– zasięg leja depresji,
r

o

– promień studni.

background image

W warunkach polowych do 
określania współczynnika filtracji 
wykorzystać

można również

wyniki pomiarów poziomu 
zwierciadła wody w otworze 
wiertniczym.

Zakładając,  że w 

otworze o średnicy wewnętrznej d
zagłębionym poniżej zwierciadła 
wód gruntowych na niewielkiej 
długości  L < 1.5 m, w czasie t
poziom wody podniósł od wartości 
h

1

do wartości  h

2

, wartość

współczynnika filtracji określić
można ze wzoru (Hvorslev, 1951):

L

h

1

h

2

d

z.w.g.

⎟⎟

⎜⎜

=

2

1

ln

11

h

h

t

d

k

π

background image

lub (Ernst, 1950):

t

y

L

d

L

y

r

L

k

Δ

Δ

⎛ −

⎛ +

=

2

2

20

20

L

d

z.w.g.

Δy

y

gdzie:
– średnia odległość poziomu wody w otworze od 
poziomu zwierciadła wód gruntowych w czasie Δt, w 
którym zmienił się on o wartość Δy

background image

Orientacyjne wartości współczynnika filtracji

Nazwa gruntu

Współczynnik 

wodoprzepuszczalności 

k

m/s

Drobny żwir

10

-2

10

-3

Piasek gruboziarnisty i średnioziarnisty

10

-3

- 10

-4

Piasek drobnoziarnisty

10

-4

- 10

-5

Piasek pylasty

10

-5

-10

-6

Less o strukturze nienaruszonej

10

-5

- 10

-6

Less o strukturze przerobionej

10

-7

- 10

-9

Pyły

10

-6

- 10

-8

Gliny

10

-8

- 10

-10

Gliny zwięzłe

10

-9

- 10

-11

Iły

10

-10

- 10

-12

-

background image

¾

Kurzawka

¾

Sufozja

¾

Kolmatacja

¾

Przebicie hydrauliczne

background image

Kurzawka

(upłynnienie gruntu) jest to drobnoziarnisty luźny osad, np. piasek lub 

mułwymieszany z wodą, o konsystencji galarety, słabo związany z gruntem.
Podczas prowadzenia robót górniczych kurzawka zachowuje się jak gęsta ciecz. Kurzawkę
zwalcza się zamrażając grunt lub drenując. Spowodowana jest zaistnieniem krytycznego spadku 
hydraulicznego i niewystępowaniem naprężeń efektywnych w gruncie.

Sufozja 

to zjawisko polegające na wynoszeniu przez filtrującą wodę drobnych cząstek gruntu 

(przesunięcie ich na inne miejsce lub wyniesione poza obręb gruntu). W rezultacie sufozji 
powiększają się pory, wzrasta współczynnik filtracji i prędkość wody. Woda o większej 
prędkości może poruszać coraz większe ziarna gruntu i powodować dalszy rozwój procesu 
sufozji aż do utworzenia się kawern lub kanałów w gruncie. Zjawisko przybiera wtedy cechy 
przebicia hydraulicznego.

Rodzaje sufozji:

* mechaniczna - tworzą się podziemne próżnie (korytarze), po ich zapadnięciu doły sufozyjne
* chemiczna - rozmywanie chemiczne polegające na rozpuszczaniu węglanów, głównie wapnia -
następuje ubytek masy glebowej i osiadanie gruntu.

Kolmatacja

związana jest głównie ze zjawiskiem sufozji, wędrujące cząstki gruntu zatykają pory 

osadu pierwotnego (filtru gruntowego), jeżeli granulacja ziaren tego osadu jest sprzyjająca.

background image

Przebiciem hydraulicznym

nazywa się zjawisko tworzenia się kanału (przewodu) w masie 

gruntowej, wypełnionego gruntem o naruszonej strukturze (w końcowej fazie zjawiska –
zawiesiną), łączącego miejsca o wyższym i niższym ciśnieniu wody w porach. Na powierzchni 
terenu przebicie hydrauliczne jest widoczne w postaci źródła. Zjawisko przebicia występuje 
przeważnie w gruntach mało spoistych podścielonych gruntami przepuszczalnymi. 

warstwa mało przepuszczalna

warstwa przepuszczalna

1

2

Przykład warunków geologicznych, w których może nastąpić przebicie:
1 – miejsce zagrożenia przebiciem.