Зміст
Гідропровідність - це легкість, з якою вода рухається через пористі простори і руйнування в ґрунті чи скелі. Він піддається гідравлічному градієнту і впливає на рівень насичення та проникність матеріалу. Гідропровідність зазвичай визначається або за допомогою одного з двох підходів. Емпіричний підхід співвідносить гідропровідність із властивостями ґрунту. Другий підхід обчислює гідропровідність шляхом експериментів.
Емпіричний підхід
Емпірично обчисліть гідропровідність, вибравши метод, заснований на розподілі розміру зерна по матеріалу. Кожен метод отриманий із загального рівняння. Загальне рівняння:
K = (g ÷ v) _C_ƒ (n) x (d_e) ^ 2
Де K = гідропровідність; g = прискорення за рахунок сили тяжіння; v = кінематична в'язкість; C = коефіцієнт сортування; ƒ (n) = функція пористості; і d_e = ефективний діаметр зерна. Кінематична в'язкість (v) визначається динамічною в'язкістю (µ) та щільністю рідини (води) (ρ) як v = µ ÷ ρ. Значення C, ƒ (n) і d залежать від методу, який використовується в аналізі розмірів зерна. Пористість (n) виводиться з емпіричного співвідношення n = 0,255 x (1 + 0,83 ^ U), де коефіцієнт рівномірності зерна (U) задається U = d_60 / d_10. У вибірці d_60 являє собою діаметр зерна (мм), у якому 60 відсотків зразка є більш дрібним, а d_10 - діаметром зерна (мм), для якого 10 відсотків зразка є більш дрібним.
Це загальне рівняння є основою для різних емпіричних формул.
Використовуйте рівняння Козени-Кармана для більшості ґрунтів. Це найпоширеніша та застосовувана емпірична похідна на основі ґрунтових розмірів зерна, але її не доцільно використовувати для ґрунтів з ефективним розміром зерна вище 3-мм або для глинистих впорядкованих ґрунтів:
K = (g ÷ v) _8.3_10 ^ -3 x (d_10) ^ 2
Використовуйте рівняння Хазена для ґрунтів ґрунту від дрібного піску до гравію, якщо ґрунт має коефіцієнт однорідності менше п’яти (U <5) та ефективний розмір зерна від 0,1 мм до 3 мм. Ця формула заснована лише на розмірі частинок d_10, тому вона менш точна, ніж формула Козені-Кармана:
K = (g ÷ v)(6_10^-4)_ (d_10) ^ 2
Використовуйте рівняння Брейєра для матеріалів з неоднорідним розподілом і погано відсортованих зерен з коефіцієнтом рівномірності між 1 і 20 (1
K = (g ÷ v)(6_10 ^ -4) _log (500 ÷ U)(d_10) ^ 2
Використовуйте рівняння Бюро рекультивації США (USBR) для середньозернистого піску з коефіцієнтом рівномірності менше п’яти (U <5). Це розраховується за допомогою ефективного розміру зерна d_20 і не залежить від пористості, тому воно менш точне, ніж інші формули:
K = (g ÷ v)(4.8_10^-4)(d_20) ^ 3_ (d_20) ^ 2
Експериментальні методи - лабораторні
Скористайтеся рівнянням, заснованим на Законі Дарсі, щоб отримати експериментальну гідравлічну провідність. У лабораторії помістіть зразок ґрунту в невеликий циліндричний контейнер для створення одновимірного перерізу ґрунту, через який протікає рідина (зазвичай вода). Цей метод є або випробуванням з постійною головою, або випробуванням на падіння, залежно від стану потоку рідини. Грубозернисті ґрунти, такі як чисті піски та гравій, зазвичай використовують випробування з постійною головою. Для більш дрібних зразків зерна використовуються випробування на падіння. Основою для цих розрахунків є закон Дарчі:
U = -K (dh ÷ dz)
Де U = середня швидкість рідини через геометричну площу поперечного перерізу всередині ґрунту; h = гідравлічна головка; z = вертикальна відстань у ґрунті; К = гідропровідність. Розмір K - довжина за одиницю часу (I / T).
Використовуйте пермеметр, щоб провести випробування з постійною головою, найбільш часто використовуване випробування для визначення насиченої гідравлічної провідності грубозернистих ґрунтів у лабораторії. Циліндричний зразок ґрунту площею A і довжиною L поперечного перерізу відповідає постійному потоку головки (H2 - H1). Об'єм (V) досліджуваної рідини, що протікає через систему протягом часу (t), визначає насичену гідропровідність K грунту:
K = VL ÷
Для найкращих результатів кілька разів тестуйте, використовуючи різні головні перепади.
Використовуйте тест на падіння голови, щоб визначити K тонкозернистих ґрунтів у лабораторії. Підключіть циліндричний стовпчик зразка ґрунту площі поперечного перерізу (A) та довжини (L) до стояка труби площі поперечного перерізу (a), в який просочується рідина потрапляє в систему. Виміряйте зміну головки в стояковій трубі (Н1 до Н2) з інтервалами часу (t), щоб визначити насичену гідравлічну провідність із закону Дарсі:
K = (aL ÷ At) ln (H1 ÷ H2)