Vsebina
Hidravlična prevodnost je enostavnost, s katero se voda premika skozi porozne prostore in lome v tleh ali kamninah. Podvržen je hidravličnemu gradientu, pod vplivom stopnje nasičenosti in prepustnosti materiala. Hidravlična prevodnost se na splošno določi bodisi z enim od dveh pristopov. Empirični pristop povezuje hidravlično prevodnost z lastnostmi tal. Drugi pristop izračuna hidravlično prevodnost z eksperimentiranjem.
Empirični pristop
Empirično izračunajte hidravlično prevodnost z izbiro metode, ki temelji na porazdelitvi velikosti zrn skozi material. Vsaka metoda izhaja iz splošne enačbe. Splošna enačba je:
K = (g ÷ v) _C_ƒ (n) x (d_e) ^ 2
K = K = hidravlična prevodnost; g = pospešek zaradi gravitacije; v = kinematična viskoznost; C = koeficient razvrščanja; ƒ (n) = funkcija poroznosti; in d_e = efektivni premer zrna. Kinematična viskoznost (v) je določena z dinamično viskoznostjo (µ) in gostoto tekočine (vode) (ρ) kot v = µ ÷ ρ. Vrednosti C, ƒ (n) in d so odvisne od metode, uporabljene v analizi velikosti zrn. Poroznost (n) izhaja iz empiričnega razmerja n = 0,255 x (1 + 0,83 ^ U), kjer je koeficient enakomernosti zrn (U) dan z U = d_60 / d_10. V vzorcu d_60 predstavlja premer zrn (mm), pri katerem je 60 odstotkov vzorca bolj fino in d_10 predstavlja premer zrn (mm), za katerega je 10 odstotkov vzorca bolj fino.
Ta splošna enačba je osnova za različne empirične formule.
Za večino sečnin tal uporabite enačbo Kozeny-Carman. To je najpogosteje sprejet in uporabljen empirični derivat, ki temelji na velikosti zrnja tal, ni pa primeren za tla z učinkovito velikostjo zrn nad 3 mm ali za glinena tla:
K = (g ÷ v) _8.3_10 ^ -3 x (d_10) ^ 2
Uporabite Hazenovo enačbo za sečnice zemlje od drobnega peska do gramoza, če ima koeficient enakomernosti manjši od petih (U <5) in efektivno velikost zrn med 0,1 mm in 3 mm. Ta formula temelji le na velikosti delcev d_10, zato je manj natančna kot formula Kozeny-Carman:
K = (g ÷ v)(6_10^-4)_ (d_10) ^ 2
Uporabite Breyerjevo enačbo za materiale s heterogeno porazdelitvijo in slabo sortirana zrna s koeficientom enakomernosti med 1 in 20 (1
K = (g ÷ v)(6_10 ^ -4) _log (500 ÷ U)(d_10) ^ 2
Uporabite enačbo Ameriškega urada za reklamacije (USBR) za srednjezrnat pesek s koeficientom enakomernosti manj kot pet (U <5). To izračunamo z učinkovito velikostjo zrn d_20 in ni odvisna od poroznosti, zato je manj natančna kot druge formule:
K = (g ÷ v)(4.8_10^-4)(d_20) ^ 3_ (d_20) ^ 2
Eksperimentalne metode - laboratorijske
Uporabite enačbo, ki temelji na Darcysovem zakonu, da eksperimentalno izpeljete hidravlično prevodnost. V laboratorij postavite vzorec zemlje v majhen valjasti vsebnik, da ustvarite enodimenzionalni prerez tal, skozi katerega teče tekočina (običajno voda). Ta metoda je bodisi preskus s konstantno glavo ali padajoča glava, odvisno od stanja pretoka tekočine. Grobozrnata tla, kot so čisti peski in gramozi, običajno uporabljajo preskuse s konstantno glavo. Za boljše vzorce zrn uporabljamo teste padne glave. Osnova za te izračune je zakon Darcys:
U = -K (dh ÷ dz)
Kjer je U = povprečna hitrost tekočine skozi geometrijsko območje prečnega prereza znotraj zemlje; h = hidravlična glava; z = navpična razdalja v tleh; K = hidravlična prevodnost. Dimenzija K je dolžina na enoto časa (I / T).
Za izvedbo preskusa s konstantno glavo, najpogosteje uporabljenega preskusa za določitev nasičene hidravlične prevodnosti grobozrnatih tal v laboratoriju, uporabite premer. Cilindrični vzorec tal prečnega prereza A in dolžine L je odvisen od konstantnega pretoka glave (H2 - H1). Prostornina (V) preskusne tekočine, ki teče skozi sistem v času (t), določa nasičeno hidravlično prevodnost K tal:
K = VL ÷
Za najboljše rezultate večkrat preizkusite z različnimi razlikami v glavi.
S preskusom padajoče glave določite K finozrnata tla v laboratoriju. Cilindrični stolpec vzorca tal s površino preseka (A) in dolžine (L) povežite s cevjo površine prečnega prereza (a), v katero se tekočina, ki se pretaka, priteče v sistem. Za določitev nasičene hidravlične prevodnosti iz Darcysovega zakona izmerite spremembo glave v odvodni cevi (H1 do H2) v časovnih intervalih (t):
K = (aL ÷ At) ln (H1 ÷ H2)