Περιεχόμενο
Η υδραυλική αγωγιμότητα είναι η ευκολία με την οποία το νερό μετακινείται μέσω πορωδών χώρων και καταγμάτων σε χώμα ή βράχο. Υπόκειται σε υδραυλική κλίση και επηρεάζεται από το επίπεδο κορεσμού και τη διαπερατότητα του υλικού. Η υδραυλική αγωγιμότητα καθορίζεται γενικά είτε μέσω μιας από δύο προσεγγίσεις. Μια εμπειρική προσέγγιση συσχετίζει την υδραυλική αγωγιμότητα με τις ιδιότητες του εδάφους. Μια δεύτερη προσέγγιση υπολογίζει την υδραυλική αγωγιμότητα μέσω πειραματισμού.
Η εμπειρική προσέγγιση
Υπολογίστε εμπειρικά την υδραυλική αγωγιμότητα επιλέγοντας μια μέθοδο που βασίζεται στην κατανομή μεγέθους κόκκων μέσω του υλικού. Κάθε μέθοδος προέρχεται από μια γενική εξίσωση. Η γενική εξίσωση είναι:
K = (g ÷ v) _C_ (n) x (d_e) ^ 2
Όπου K = υδραυλική αγωγιμότητα. g = επιτάχυνση λόγω βαρύτητας. v = κινηματικό ιξώδες, C = συντελεστής διαλογής · ƒ (n) = λειτουργία πορώδους. και d_e = αποτελεσματική διάμετρος κόκκων. Το κινηματικό ιξώδες (ν) προσδιορίζεται από το δυναμικό ιξώδες (μ) και την πυκνότητα ρευστού (νερό) (ρ) ως v = μ ÷ ρ. Οι τιμές των C, ƒ (n) και d εξαρτώνται από τη μέθοδο που χρησιμοποιείται στην ανάλυση μεγέθους κόκκων. Το πορώδες (n) προκύπτει από την εμπειρική σχέση n = 0.255 x (1 + 0.83 ^ U) όπου ο συντελεστής ομοιομορφίας κόκκων (U) δίνεται από U = d_60 / d_10. Στο δείγμα, το d_60 αντιπροσωπεύει τη διάμετρο του κόκκου (mm) στην οποία το 60% του δείγματος είναι λεπτότερο και το d10 αντιπροσωπεύει τη διάμετρο κόκκων (mm) για την οποία το 10% του δείγματος είναι πιο λεπτό.
Αυτή η γενική εξίσωση είναι η βάση για διαφορετικούς εμπειρικούς τύπους.
Χρησιμοποιήστε την εξίσωση Kozeny-Carman για τις περισσότερες ρυτίδες εδάφους. Πρόκειται για το ευρύτερα αποδεκτό και χρησιμοποιούμενο εμπειρικό παράγωγο με βάση το μέγεθος των κόκκων του εδάφους, αλλά δεν είναι κατάλληλο για χρήση σε εδάφη με αποτελεσματικό μέγεθος κόκκων άνω των 3 mm ή για εδάφη πηλού:
K = (g ÷ v) _8.3_10 ^ -3 χ (d_10) ^ 2
Χρησιμοποιήστε την εξίσωση Hazen για τις ρυτίδες από λεπτή άμμο σε χαλίκι εάν το έδαφος έχει συντελεστή ομοιομορφίας μικρότερο από πέντε (U <5) και αποτελεσματικό μέγεθος κόκκου μεταξύ 0,1 mm και 3 mm. Αυτός ο τύπος βασίζεται μόνο στο μέγεθος σωματιδίων d_10, επομένως είναι λιγότερο ακριβής από τον τύπο Kozeny-Carman:
K = (g ÷ v)(6_10^-4)_ (d_10) ^ 2
Χρησιμοποιήστε την εξίσωση Breyer για υλικά με ετερογενή κατανομή και κακώς ταξινομημένα σπόρια με συντελεστή ομοιομορφίας μεταξύ 1 και 20 (1
K = (g ÷ v)(6_10 ^ -4) _log (500 ÷ U)(d_10) ^ 2
Χρησιμοποιήστε την εξίσωση του US Bureau of Reclamation (USBR) για μεσαίες κόκκους άμμου με συντελεστή ομοιομορφίας μικρότερο από πέντε (U <5). Αυτό υπολογίζεται χρησιμοποιώντας ένα αποτελεσματικό μέγεθος κόκκου d_20 και δεν εξαρτάται από το πορώδες, επομένως είναι λιγότερο ακριβές από τους άλλους τύπους:
K = (g ÷ v)(4.8_10^-4)(d_20) 3_ (d_20) ^ 2
Πειραματικές Μέθοδοι - Εργαστήριο
Χρησιμοποιήστε μια εξίσωση βασισμένη στο Darcys Law για την πειραματική παραγωγή της υδραυλικής αγωγιμότητας. Στο εργαστήριο, τοποθετήστε ένα δείγμα εδάφους σε ένα μικρό κυλινδρικό δοχείο για να δημιουργήσετε μια μονοδιάστατη διατομή του εδάφους μέσω της οποίας ρέει το υγρό (συνήθως νερό). Αυτή η μέθοδος είναι είτε δοκιμή σταθερής κεφαλής είτε δοκιμασία πτώσης-κεφαλής ανάλογα με την κατάσταση ροής του υγρού. Τα χονδρόκοκκα εδάφη, όπως η καθαρή άμμος και τα χαλίκια, συνήθως χρησιμοποιούν δοκιμές σταθερής κεφαλής. Τα πιο λεπτά δείγματα κόκκων χρησιμοποιούν δοκιμές με πτώση κεφαλής. Η βάση για αυτούς τους υπολογισμούς είναι ο Darcys Law:
U = -Κ (dh ÷ dz)
Όπου U = μέση ταχύτητα ρευστού μέσω μιας γεωμετρικής περιοχής διατομής εντός του εδάφους. h = υδραυλική κεφαλή. z = κατακόρυφη απόσταση στο έδαφος. K = υδραυλική αγωγιμότητα. Η διάσταση του K είναι το μήκος ανά μονάδα χρόνου (I / T).
Χρησιμοποιήστε ένα διαπερατόμετρο για να εκτελέσετε μια δοκιμή σταθερής κεφαλής, την πιο συχνά χρησιμοποιούμενη δοκιμή για τον προσδιορισμό της κορεσμένης υδραυλικής αγωγιμότητας των χονδρόκοκκων εδαφών στο εργαστήριο. Υποβάλλει δείγμα κυλινδρικού εδάφους διατομής Α και μήκος L σε ροή σταθερής κεφαλής (H2 - H1). Ο όγκος (V) του υγρού δοκιμής που ρέει μέσω του συστήματος κατά τη διάρκεια του χρόνου (t), καθορίζει την κορεσμένη υδραυλική αγωγιμότητα K του εδάφους:
K = VL ÷
Για καλύτερα αποτελέσματα, δοκιμάστε αρκετές φορές χρησιμοποιώντας διαφορετικές διαφορές κεφαλής.
Χρησιμοποιήστε τη δοκιμή Falling-head για να προσδιορίσετε το K λεπτόκοκκων εδαφών στο εργαστήριο. Συνδέστε μια κυλινδρική στήλη δειγματοληψίας εδαφικής επιφάνειας (A) και μήκος (L) σε μια σωλήνα διατομής (a), στην οποία το υγρό διήθησης ρέει μέσα στο σύστημα. Μετρήστε την αλλαγή της κεφαλής στον σωλήνα ανόδου (H1 έως H2) σε χρονικά διαστήματα (t) για να προσδιορίσετε την κορεσμένη υδραυλική αγωγιμότητα από το Darcys Law:
K = (aL ÷ At) ln (H1 ÷ H2)