Гидравлический градиент i — расчёт для фильтрации в грунте

Калькулятор гидравлического градиента i = ΔH/L для расчётов фильтрации в грунте по ГОСТ 25584-2016. С оценкой риска суффозии.

Расчёт гидравлического градиента

i = ΔH / L

ΔH — потеря напора (разность пьезометрических напоров) на участке фильтрации L — длина пути фильтрации i — гидравлический градиент, безразмерный

ΔH — потеря напора разность пьезометрических напоров

L — длина пути фильтрации расстояние между точками замера

ГОСТ 25584-2016 «Грунты. Методы лабораторного определения коэффициента фильтрации» применяется в опытах с трубкой ГГИ, прибором КФ-00М и аналогах. Полевые методы — ГОСТ 23278-2014.

Типичные значения i в природе

• Артезианские потоки — 0,0001–0,001 • Грунтовые воды (естественный поток) — 0,001–0,01 • Вблизи водозаборных скважин — 0,05–0,5 • Критический градиент для песков — 0,5–1,0 (начало суффозии) • i > 1 — практически всегда лабораторный опыт или аварийный режим

FAQ

Что такое гидравлический градиент?

Это отношение потери напора ΔH к длине пути фильтрации L: i = ΔH / L. Безразмерная величина, показывающая, на сколько метров напор теряется на каждый метр пути воды в грунте. По закону Дарси скорость фильтрации v = K_ф · i, то есть i — движущая сила фильтрационного потока.

Какой ГОСТ регламентирует опыты с измерением i?

ГОСТ 25584-2016 — лабораторное определение коэффициента фильтрации (трубка ГГИ, прибор КФ-00М, компрессионно-фильтрационные приборы). Полевые методы (откачки, наливы в шурфы и скважины) — ГОСТ 23278-2014. В обоих случаях i рассчитывается как отношение замеренной разности напоров к длине образца или участка пласта.

Какие типичные значения i встречаются в природе?

Артезианские потоки — 0,0001–0,001; естественные грунтовые воды — 0,001–0,01; вблизи водозаборных скважин и в зоне депрессионной воронки — 0,05–0,5. Значения i > 1 в природе встречаются редко (только в локальных аварийных режимах) и характерны для лабораторных установок типа КФ-00М.

Что такое критический градиент?

Это значение i, при котором фильтрационный поток начинает выносить мелкие частицы из грунта — развивается суффозия и фильтрационный отказ основания. Для песков средней крупности обычно лежит в диапазоне 0,5–1,0; для пылеватых песков и супесей пороги ниже. Превышение критического градиента — основной механизм разрушения дна котлованов и оснований гидротехнических сооружений.

Зачем гидравлический градиент нужен в проектировании?

i используется в расчётах водопритока в котлованы и тоннели, проектирования дренажа и пластового фильтра, оценки фильтрационных потерь через тело плотины, проверки устойчивости грунта на размыв и суффозию, а также при определении коэффициента фильтрации K_ф в опытах по ГОСТ 25584.

Гидравлический градиент i = ΔH / L — это отношение потери напора к длине пути фильтрации, безразмерная величина, выражающая движущую силу фильтрационного потока в грунте. По закону Дарси скорость фильтрации напрямую пропорциональна градиенту: v = Кф · i, поэтому корректное определение i — основа любых расчётов водопритока, дренажа и фильтрационных потерь.

В природе градиент сильно различается по условиям: для артезианских потоков 0,0001–0,001; для естественного грунтового потока 0,001–0,01; в зоне влияния водозаборов 0,05–0,5. В лабораторных опытах на трубке ГГИ или КФ-00М по ГОСТ 25584-2016 искусственно создают i = 0,5–2,0 и больше — для определения коэффициента фильтрации Кф.

Важное понятие — критический градиент. При его превышении начинается суффозия (вынос мелких частиц), фильтрационный выпор грунта в дне котлована, разуплотнение основания. Для песков средней крупности критический i обычно лежит в диапазоне 0,5–1,0; для пылеватых песков и супесей пороги ниже. Калькулятор автоматически окрашивает результат: зелёный — нормально, жёлтый — повышенный, оранжевый — близко к критическому, красный — превышение с риском суффозии.