Obsah
Hydraulická vodivosť je ľahkosť, s akou voda prechádza cez pórovité priestory a zlomeniny v pôde alebo hornine. Podlieha hydraulickému gradientu a je ovplyvnená úrovňou nasýtenia a priepustnosťou materiálu. Hydraulická vodivosť sa všeobecne určuje buď jedným z dvoch prístupov. Empirický prístup koreluje hydraulickú vodivosť s vlastnosťami pôdy. Druhý prístup počíta hydraulickú vodivosť pomocou experimentov.
Empirický prístup
Vypočítajte hydraulickú vodivosť empiricky výberom metódy založenej na distribúcii veľkosti zŕn v materiáli. Každá metóda je odvodená zo všeobecnej rovnice. Všeobecná rovnica je:
K = (g ÷ v) _C_ƒ (n) x (d_e) ^ 2
Kde K = hydraulická vodivosť; g = zrýchlenie spôsobené gravitáciou; v = kinematická viskozita; C = koeficient triedenia; ƒ (n) = funkcia pórovitosti; a d_e = efektívny priemer zŕn. Kinematická viskozita (v) je určená dynamickou viskozitou (µ) a hustotou tekutiny (voda) (ρ) ako v = µ ÷ ρ. Hodnoty C, ƒ (n) a d závisia od metódy použitej pri analýze zrnitosti. Pórovitosť (n) je odvodená z empirického vzťahu n = 0,255 x (1 + 0,83 ^ U), kde koeficient uniformity zrna (U) je daný U = d_60 / d_10. Vo vzorke d_60 predstavuje priemer zŕn (mm), v ktorom je 60% vzorky jemnejších a d_10 predstavuje priemer zŕn (mm), v prípade ktorých je 10% vzorky jemnejších.
Táto všeobecná rovnica je základom pre rôzne empirické vzorce.
Pre väčšinu pôdnych pôd použite rovnicu Kozeny-Carman. Je to najrozšírenejší a najpoužívanejší empirický derivát na základe veľkosti zŕn pôdy, ale nie je vhodné ho používať pre pôdy s účinnou veľkosťou zrna nad 3 mm alebo pre ílové pôdy:
K = (g ÷ v) _8,3_10 ^ -3 x (d_10) ^ 2
Použite Hazenovu rovnicu pre pôdne pôdy od jemného piesku po štrk, ak má pôda koeficient uniformity menší ako päť (U <5) a efektívnu veľkosť zŕn od 0,1 mm do 3 mm. Tento vzorec je založený iba na veľkosti častíc d_10, takže je menej presný ako Kozeny-Carmanov vzorec:
K = (g ÷ v)(6_10^-4)_ (D_10) ^ 2
Použite Breyerovu rovnicu pre materiály s heterogénnym rozdelením a zle triedené zrná s koeficientom uniformity medzi 1 a 20 (1
K = (g ÷ v)(6_10 ^ -4) _log (500 ÷ U)(D_10) ^ 2
Pre stredne zrnitý piesok s koeficientom rovnomernosti menším ako päť (U <5) použite rovnicu amerického úradu regenerácie (USBR). Vypočítava sa pomocou efektívnej veľkosti zŕn d_20 a nezávisí od pórovitosti, takže je menej presná ako iné vzorce:
K = (g ÷ v)(4.8_10^-4)(D_20) ^ 3_ (d_20) ^ 2
Experimentálne metódy - laboratórium
Na experimentálne odvodenie hydraulickej vodivosti použite rovnicu založenú na Darcysovom zákone. V laboratóriu vložte vzorku pôdy do malej valcovej nádoby, aby ste vytvorili jednodimenzionálny prierez pôdy, cez ktorý preteká tekutina (zvyčajne voda). Táto metóda je buď skúškou s konštantnou hlavou alebo skúškou s klesajúcou hlavou v závislosti od stavu prietoku kvapaliny. Hrubozrnné pôdy, ako sú čisté piesky a štrky, zvyčajne používajú skúšky s konštantnou hlavou. Vzorky jemnejších zŕn používajú skúšky pádovej hlavy. Základom pre tieto výpočty je Darcysov zákon:
U = -K (dh ÷ dz)
Kde U = priemerná rýchlosť tekutiny v geometrickom priereze v pôde; h = hydraulická hlava; z = vertikálna vzdialenosť v pôde; K = hydraulická vodivosť. Rozmer K je dĺžka na jednotku času (I / T).
Na vykonanie testu nasýtenej hydraulickej vodivosti hrubozrnných pôd v laboratóriu použite permeameter. Vzorka valcovej pôdy s prierezovou plochou A a dĺžkou L sa vystaví konštantnému prietoku hlavy (H2 - H1). Objem (V) testovanej tekutiny, ktorá preteká systémom počas času (t), určuje nasýtenú hydraulickú vodivosť K pôdy:
K = VL ÷
Najlepšie výsledky získate niekoľkokrát pomocou rôznych rozdielov hlavy.
Na stanovenie K jemnozrnných pôd v laboratóriu použite test s pádovou hlavou. Pripojte valcový stĺpec so vzorkou pôdy s prierezovou plochou (A) a dĺžkou (L) k stojatému potrubiu s prierezovou plochou (a), v ktorom perkolujúca tekutina prúdi do systému. Zmerajte zmenu výšky hlavy v stúpacom potrubí (H1 až H2) v intervaloch (t), aby ste určili nasýtenú hydraulickú vodivosť podľa Darcysovho zákona:
K = (aL ÷ At) ln (H1 ÷ H2)