CCF20091008084

Rozdział XV

WSPÓŁCZYNNIK FILTRACJI

1. Wprowadzenie

Filtracją nazywamy ruch wody w skałach porowatych. Zdolność gruntu do przepuszczania wody systemem połączonych porów nazywa się wodoprzepu-szczalnością. Zdolność tę wyraża współczynnik wodoprzepuszczalności (współczynnik filtracji) — k. Współczynnik ten zależy przede wszystkim od porowatości gruntu, jego uziamienia, składu mineralnego, temperatury wody. Współczynnik filtracji określa zdolność gruntu do przepuszczania wody przy istnieniu różnicy ciśnień wody. Zgodnie z liniowym prawem Darcy’ego wyraża zależność pomiędzy spadkiem hydraulicznym a prędkością filtracji wody. Współczynnik filtracji jest wyrażany w jednostkach prędkości.

H. Darcy na podstawie doświadczeń ustalił, że objętościowe natężenie przepływu filtracyjnego, czyli ilość wody przechodzącej przez środowisko porowate w jednostce czasu, jest proporcjonalne do spadku hydraulicznego, poprzecznego przekroju środowiska filtrującego i współczynnika filtracji:

Q = kJF    (1)

gdzie:

Q — ilość wody przepływająca w jednostce czasu (m³/s),

k — współczynnik filtracji (m/s),

J — spadek hydrauliczny wyrażany różnicą wysokości słupów wody lub różnicą ciśnień na drodze l (liczba niemianowana),

F — powierzchnia przekroju prowadzącego wodę (m²).

Prędkość przepływu cieczy (u) w przekroju F określa równanie:

o = ^, a więc F=oQ

Po podstawieniu F do wzoru (1) i podzieleniu obu stron przez F:

o = kJ    (2)

a zatem współczynnik filtracji:

Jeśli spadek hydrauliczny równa się 1, to współczynnik filtracji wynosi:

k = o (cm/s)    (4)

Wartość współczynnika filtracji można oznaczyć metodami obliczeniowymi, laboratoryjnymi lub polowymi. Najprostszymi metodami oznaczania tego parametru są metoda rurki Kamieńskiego oraz metoda obliczeniowa wg Hazena. Opis innych metod (np. przy stosowaniu przyrządu 1TB-ZW-K₂) można znaleźć w podręcznikach hydrogeologii.

2. Wyznaczanie współczynnika filtracji (wodoprzepuszczalności) metodą rurki Kamieńskiego

2.1. Sprzęt pomocniczy

1.    Rurka Kamieńskiego — szklana rurka wysokości ok. 25-35 cm i średnicy ok. 4 cm, z podzialką centymetrową, zamknięta od dohi siatką filtracyjną. Uwaga: podzialki na rurce mogą być różnie umieszczone, tzn. albo 0 na górze do 20-25 cm na dole (ryc. 63) lub odwrotnie, 0 podzialki na dole i skala rośnie do góry.

2.    Statyw do umocowania rurki Kamieńskiego.

3.    Naczynie z wodą wstawione do większego pojemnika.

4.    Stoper.

5.    Termometr.

6.    Piasek gruby lub żwir filtracyjny.

2.2. Przebieg badania

1.    Rurkę umocowaną na statywie wkłada się do naczynia z wodą (ryc. 63).

2.    Do rurki wsypuje się małymi porcjami badany grunt zagęszczając go drewnianym ubijakiem. Grunt powinien być powoli od dołu nasycany kapilarnie wodą tak, aby woda nie doszła do powierzchni gruntu. Warstwa gruntu powinna wynosić 10 cm.

3.    Na powierzchnię gruntu wsypuje się warstwę grubego piasku lub żwiru o grubości 1-2 cm.

Ryc. 63. Rurka Kamieńskiego (wg Z. Pazdry, 1977)

181