Tartalom
A hidraulikus vezetőképesség az a könnyű képesség, amellyel a víz mozog a porózus terekön és a talajban vagy a kőzetben lévő törésekkel. Hidraulikus gradiensnek van kitéve, és az anyag telítési szintje és áteresztőképessége befolyásolja. A hidraulikus vezetőképességet általában a két megközelítés egyikével kell meghatározni. Az empirikus megközelítés korrelálja a hidraulikus vezetőképességet a talaj tulajdonságaival. Egy második megközelítés kiszámítja a hidraulikus vezetőképességet kísérletezéssel.
Az empirikus megközelítés
Számítsa ki a hidraulikus vezetőképességet empirikusan úgy, hogy kiválaszt egy módszert az anyag szemcseméret-eloszlása alapján. Mindegyik módszer egy általános egyenletből származik. Az általános egyenlet:
K = (g ÷ v) _C_ƒ (n) x (d_e) ^ 2
Ahol K = hidraulikus vezetőképesség; g = gravitációs gyorsulás; v = kinematikus viszkozitás; C = válogatási együttható; ƒ (n) = porozitási függvény; és d_e = tényleges szemcseátmérő. A kinematikus viszkozitást (v) a dinamikus viszkozitás (µ) és a folyadék (víz) sűrűsége (ρ) határozza meg, mint v = µ ÷ ρ. C, ƒ (n) és d értékei a szemcseméret-elemzésben alkalmazott módszertől függenek. A porozitást (n) az n = 0,255 x (1 + 0,83 ^ U) empirikus kapcsolatból származtatjuk, ahol a szemcse egységességének együtthatóját (U) az U = d_60 / d_10 értékkel adjuk meg. A mintában a d_60 képviseli a szem átmérőjét (mm), amelyben a minta 60% -a finomabb, és d_10 képviseli a szem átmérőjét (mm), amelynél a minta 10% -a finomabb.
Ez az általános egyenlet képezi a különféle empirikus képletek alapját.
Használja a Kozeny-Carman egyenletet a legtöbb talajú urához. Ez a legszélesebb körben elfogadott és alkalmazott empirikus származék a talaj szemcsemérete alapján, de nem alkalmazható olyan talajok esetében, amelyek tényleges szemcsemérete meghaladja a 3 mm-t, vagy agyag ured talajok esetében:
K = (g ÷ v) _8,3_10 ^ -3 x (d_10) ^ 2
Ha a talaj egyenletességi együtthatója kevesebb, mint öt (U <5), és a tényleges szemcseméret 0,1 mm és 3 mm között van, használjuk a Hazen-egyenletet a finom homoktól a kavicsig terjedő talajkéreghez. Ez a képlet csak a d_10 részecskeméretre épül, tehát kevésbé pontos, mint a Kozeny-Carman képlet:
K = (g ÷ v)(6_10^-4)_ (D_10) ^ 2
Használja a Breyer-egyenletet az olyan anyagok esetében, amelyek heterogén eloszlása és rosszul rendezett szemcsék egységességi együtthatója 1 és 20 között van (1
K = (g ÷ v)(6_10 ^ -4) _log (500 ÷ U)(D_10) ^ 2
Használjon az Egyesült Államok Regenerációs Iroda (USBR) egyenletét közepes szemű homokhoz, amelynek egyenességi együtthatója kevesebb, mint öt (U <5). Ezt a tényleges d_20 szemcsemérettel számítja, és nem függ a porozitástól, tehát kevésbé pontos, mint más képletek:
K = (g ÷ v)(4.8_10^-4)(D_20) ^ 3_ (d_20) ^ 2
Kísérleti módszerek - laboratórium
Használjon Darcys-törvényen alapuló egyenletet a hidraulikus vezetőképesség kísérleti meghatározásához. Helyezzen egy laboratóriumi talajmintát egy kis hengeres tartályba, hogy létrejöjjön az egydimenziós talaj keresztmetszete, amelyen keresztül a folyadék (általában víz) áramlik. Ez a módszer vagy állandó test, vagy leeső fej vizsgálat, a folyadék áramlási állapotától függően. A durva szemcsés talajok, mint például a tiszta homok és a kavics, általában állandó fejvizsgálatot végeznek. A finomabb gabonaminták csökkenő fej-teszteket használnak. E számítások alapja a Darcys törvény:
U = -K (dh ÷ dz)
Ahol U = a folyadék átlagos sebessége a talaj geometriai keresztmetszetén keresztül; h = hidraulikus fej; z = függőleges távolság a talajban; K = hidraulikus vezetőképesség. K dimenziója az időegységre eső hosszúság (I / T).
Használjon áteresztőképességet Constant-Head teszt elvégzéséhez, amely a leggyakrabban használt teszt a durva szemű talajok telített hidraulikus vezetőképességének meghatározására a laboratóriumban. Az A keresztmetszetű és L hosszúságú hengeres talajmintát állandó fej (H2 - H1) áramlásnak kell alávetni. A vizsgálati folyadék térfogata (V), amely (t) idő alatt átfolyik a rendszeren, meghatározza a talaj telített hidraulikus vezetőképességét:
K = VL ÷
A legjobb eredmény elérése érdekében próbáljon többször különböző fejkülönbségekkel.
A csökkenő fej teszttel határozza meg a laboratóriumban a finomszemű talajok K értékét. Csatlakoztasson egy keresztmetszeti (A) és hosszúságú (L) hengeres talajmintaoszlopot az a) keresztmetszeti terület egy csőcsonkjára, amelyben a perkoláló folyadék a rendszerbe áramlik. Mérje meg a fejváltozást a készenléti csőben (H1-H2) időközönként (t) a telített hidraulikus vezetőképesség meghatározásához a Darcys-törvény alapján:
K = (aL ÷ At) ln (H1 ÷ H2)