Создание тока

Для создания тока воды через вырезанную трубку необходима разность давления воды у ее концов. Эта разность давлений (падение напора) тратится, с одной стороны, на придание двигающейся воде некоторого ускорения, а с другой стороны, на преодоление того сопротивления (сил трения, тормозящих сил), которое скелет грунта оказывает на протекающую через его поры воду.

Скелет грунта, оказывая сопротивление движущейся воде, сам в свою очередь испытывает с ее стороны давление, называемое гидродинамическим давлением. Гидродинамическое давление является объемной силой и обозначается через D. Если пренебречь незначительными силами инерции движущейся воды, то вся разность давлений между точками А1 и А2 на гидродинамическое давление, распределенное равномерно по всему объему элементарной трубки F, т. е. от скорости движущейся воды, т. е. при одинаковом градиенте и в песке и в глине будут действовать одинаковые силы гидродинамического давления, хотя скорости и будут сильно отличаться одна от другой.

Гидродинамическое давление, являясь по существу объемной силой, прежде всего изменяет объемный вес грунта. Если направление гидродинамического давления совпадает с направлением силы тяжести, то объемный вес грунта увеличивается и становится равным:

В случае если гидродинамическое давление действует навстречу силе тяжести, то объемный вес грунта уменьшится и станет равным:

Эту поправку в величине объемного веса следует вносить во все наши расчеты, в которых встречаются силы гидродинамического давления, например при применении хорошо известной формулы Паукера, служащей для определения глубины заложения фундамента.

Чтобы убедиться в правильности, можно проделать следующий опыт. Возьмем стеклянный сосуд, закрывающийся герметически, в него песок и будем пропускать через него воду по трубкам а и Ь на слой песка поставим модель фундамента.

Если вода движется сверху вниз, то гидродинамическое давление увеличивает объемный вес грунта, вследствие чего фундамент может стоять почти на поверхности песка. Стоит только переменить направление движения воды и пустить ее снизу вверх, как фундамент начнет постепенно погружаться в песок по мере увеличения градиента. При приближении градиента фундамент совершенно потонет и опустится на дно.

Все это показывает, что при расчете оснований под гидротехнические сооружения приходится особое внимание обращать на возникающие силы гидродинамического давления. Выведенное проф. Н. М. Герсевановым в его труде „Динамика грунтовой массы", дает математическое выражение сущности явления, происходящего в грунтовой массе, подверженной действию нагрузки, равномерно расположенной на ее поверхности согласно приводимся ниже схеме

Задача разрешения уравнения заключается в том, чтобы иметь возможность в любой момент времени воспроизвести картину распределения напряжений по толще грунта.

При движении воды через разнородный грунт, состоящий из двух слоев с различными коэффициентами фильтрации, лепЛ убедиться в том, что грунт с меньшим коэффициентом фильтрации берет на себя большую долю напора и тем самым развивает в себе большие силы гидродинамического давления.

Решение уравнения может быть представлено семейством кривых линий, из которых каждая дает распределение напряжений в толще грунтового скелета для определенного момента времени. Эти линии обладают тем свойством, что давление в скелете грунта через промежуток времени At равно полусумме давлений в двух соседних точках, имевших место в предшествующий момент времени и представленной предыдущей кривой.

Зная распределение напряжений в скелете грунта для какого-либо определенного момента времени, можно построить кривую распределения для следующего момента времени.

На 61 дано решение этого уравнения для ату чая однородной массы грунта и для фундамента бесконечных размеров.

Находим величину искомого напряжения через заданный промежуток времени на пересечении кривой серединой заданного слоя; отсчет ведем от р = 0 до точки пересечения.

Для пояснения воспользуемся примером, приведенным проф. Н. М. Герсевановым в книге „Основы динамики грунтовой массы".

Положим, что нам надлежит определить распределение дроблений в скелете грунта для различных моментов времени для фундамента, возведенного на песчаном слое, ниже которого залегает слой глины толщиной 10 ж, под которым залегает основная несжимаемая порода (например скала), при следующих данных для этой глины: