E-book details

Odporność filtracyjna piasków

Odporność filtracyjna piasków

Agnieszka Dąbska

Ebook

Praca stanowi kompleksowe opracowanie dotyczące problematyki odporności filtracyjnej gruntów niespoistych – równomiernie uziarnionych piasków i ich deformacji filtracyjnych powstających w wyniku mechanicznego działania wody na szkielet gruntowy. Przedstawiono w niej charakterystykę właściwości pojedynczych ziaren i cząstek ośrodka gruntowego, tworzonej przez nie struktury gruntu oraz opisujących je cech . Omówiono właściwości cieczy, warunki jej przepływu przez ośrodek porowaty oraz właściwości filtracyjne gruntu i kształtujące je czynniki. Szczególną uwagę zwrócono na problem oddziaływania filtrującej cieczy na pojedyncze ziarna i cząstki gruntu, a ponadto dokonano analizy działania siły filtracji w odniesieniu do pozostałych sił działających w ośrodku gruntowym. Omówiono rodzaje deformacji filtracyjnych występujących w gruntach niespoistych, warunki ich powstawania i mechanizmy przebiegu. Zdefiniowano czynniki decydujące o zachowaniu odporności filtracyjnej gruntów i warunki jej utraty, a następnie przedstawiono wyniki badań deformacji filtracyjnych piasków równoziarnistych w przewarstwieniach o niewielkich miąższościach.
 
W opracowaniu przedstawiono także analizę własną czynników kształtujących odporność filtracyjną gruntów oraz kryteriów oceny jej zachowania: kryterium geometrycznego, kryterium hydraulicznego i kryterium naprężenia. W kryterium geometrycznym rozpatrzono cechy pojedynczych ziaren i cząstek oraz struktury gruntu i ich udział w kształtowaniu podatności gruntu na wystąpienie deformacji filtracyjnych. Kryterium hydrauliczne omówiono w ujęciu dwóch warunków hydraulicznych, definiowanych za pomocą gradientu hydraulicznego i prędkości filtracji, dopuszczalnych i krytycznych, z uwzględnieniem kierunku i zwrotu filtracji. Rolę zmiany stanu naprężenia i czynników powodujących te zmiany ujęto w kryterium naprężenia.
 
Na zakończenie zaprezentowano analizę współudziału czynników w procesie kształtowania odporności filtracyjnej gruntów i sformułowano wnioski wynikające z danych studialnych oraz przedstawionych w pracy wyników badań własnych i analizy problemu utraty odporności filtracyjnej gruntów.

Streszczenie 13

Summary 15

Резюме 17

1. WSTĘP 19

2. BUDOWA GRUNTU 23

2.1. Charakterystyka pojedynczych ziaren i cząstek gruntu 23

2.2. Struktura gruntu 28

2.3. Parametry charakteryzujące strukturę gruntu 33

2.3.1. Cechy wskaźnikowe 33

2.3.2. Współzależność cech struktury gruntu 37

2.3.3. Kształt i wymiary porów 38

2.4. Podsumowanie 43

3. PRZEPŁYW WODY PRZEZ OŚRODEK GRUNTOWY 45

3.1. Przepuszczalność hydrauliczna gruntów 45

3.2. Czynniki kształtujące przepuszczalność hydrauliczną 49

3.3. Właściwości filtracyjne piasków 56

4. SIŁY DZIAŁAJĄCE W OŚRODKU GRUNTOWYM 57

4.1. Siły działające na pojedyncze ziarna i cząstki gruntu 57

4.1.1. Rodzaje sił i ich znaczenie dla zachowania się ziaren i cząstek w strumieniu filtrującej cieczy 57

4.1.2. Siły szkieletowe 61

4.1.3. Siły od ciężaru własnego 63

4.1.4. Siły wyporu 63

4.1.5. Siły hydrodynamiczne 64

4.2. Siły działające na objętość gruntu 67

4.3. Podsumowanie 70

5. DEFORMACJE FILTRACYJNE 72

5.1. Klasyfikacja deformacji filtracyjnych 72

5.2. Mikrodeformacje 74

5.2.1. Oddziaływanie siły filtracji na pojedyncze ziarna i cząstki gruntu 74

5.2.2. Sufozja 80

5.2.3. Erozja 82

5.2.4. Kolmatacja 83

5.3. Makrodefomacje 84

5.3.1. Oddziaływanie siły filtracji na jednostkę objętości gruntu 84

5.3.2. Upłynnienie statyczne 88

5.3.3. Przebicie hydrauliczne 89

5.3.4. Wyparcie spowodowane działaniem siły filtracji 90

5.4. Komentarz do zasad klasyfikowania deformacji filtracyjnych 90

6. ODPORNOŚĆ FILTRACYJNA 93

6.1. Wprowadzenie 93

6.2. Czynniki decydujące o odporności filtracyjnej 94

6.3. Mechanizm utraty odporności filtracyjnej 98

6.4. Odporność filtracyjna piasków w przewarstwieniach o małej miąższości – stan wiedzy i uzasadnienie badań własnych 99

7. BADANIA ODPORNOŚCI FILTRACYJNEJ PIASKÓW W PRZEWARSTWIENIACH O MAŁEJ MIĄŻSZOŚCI 102

7.1. Cel i zakres badań 102

7.2. Badany materiał 103

7.3. Stanowisko badawcze 105

7.4. Metodyka badań i plan eksperymentu 106

7.5. Badania i obserwacje utraty odporności filtracyjnej 107

7.5.1. Charakter deformacji   filtracyjnej i mechanizm utraty odporności filtracyjnej przewarstwień o niewielkiej miąższości 107

7.5.2. Wyniki pomiarów 111

7.6. Praktyczny aspekt badań 116

8. ANALIZA CZYNNIKÓW KRYTERIUM GEOMETRYCZNEGO 117

8.1. Wprowadzenie 117

8.2. Wymiary porów a wymiary przemieszczanych ziaren 117

8.3. Skład granulometryczny a sufozyjność gruntu 120

8.4. Skład granulometryczny a kolmatacja 125

8.5. Współczynnik przesklepienia 127

8.6. Liczba kontaktów ziaren 127

8.7. Właściwości gruntów a rodzaj deformacji filtracyjnej 128

8.7.1. Wskaźnik jednorodności a rodzaj deformacji filtracyjnej 128

8.7.2. Wilgotność molekularna a rodzaj deformacji filtracyjnej130

8.7.3. Zagęszczenie a rodzaj deformacji filtracyjnej 132

8.8. Podsumowanie 133

9. ANALIZA CZYNNIKÓW KRYTERIUM HYDRAULICZNEGO 135

9.1. Wprowadzenie 135

9.2. Warunek gradientu hydraulicznego 137

9.2.1. Wpływ gradientu hydraulicznego na upłynnienie statyczne 137

9.2.2. Wpływ gradientu hydraulicznego na przebicie hydrauliczne 143

9.2.3. Wpływ gradientu hydraulicznego na sufozję 160

9.3. Warunek prędkości filtracji 167

9.3.1. Wpływ prędkości filtracji na upłynnienie statyczne 167

9.3.2. Wpływ prędkości filtracji na przebicie hydrauliczne 169

9.3.3. Wpływ prędkości filtracji na sufozję 169

9.4. Prędkość krytyczna erozji powierzchniowej w analizie warunków hydraulicznych utra­ty odporności filtracyjnej 172

9.5. Właściwości filtracyjne gruntów a rodzaj deformacji filtracyjnej 174

9.6. Wpływ czasu występowania warunków hydraulicznych na utratę odporności filtra­cyjnej 175

9.7. Podsumowanie 176

10. ANALIZA CZYNNIKÓW KRYTERIUM NAPRĘŻENIA 182

10.1. Wprowadzenie 182

10.2. Zmiany stanu naprężenia w wyniku wystąpienia oddziaływania statycznego 182

10.3. Zmiany stanu naprężenia w wyniku wystąpienia oddziaływania dynamicznego, cy­klicznego lub monotonicznego 186

10.4. Naprężenia graniczne styczne 189

10.5. Podsumowanie 191

11. WSPÓŁUDZIAŁ POSZCZEGÓLNYCH CZYNNIKÓW W KSZTAŁTOWANIU ODPOR­NOŚCI FILTRACYJNEJ 193

12. PODSUMOWANIE I WNIOSKI 198

Bibliografia 202

Załącznik. Wyniki pomiarów odporności filtracyjnej gruntów 212

Wykaz symboli 213

List of symbols 220

Spis rysunków 227

List of figures 231

Spis tabel 235

List of tables 236