Sadržaj
Hidraulička vodljivost je lakoća kojom se voda kreće kroz porozne prostore i lomove u tlu ili stijeni. Podložan je hidrauličkom gradijentu i pod utjecajem razine zasićenosti i propusnosti materijala. Hidraulička vodljivost se općenito utvrđuje ili kroz jedan od dva pristupa. Empirijski pristup povezuje hidrauličku vodljivost sa svojstvima tla. Drugi pristup izračunava hidrauličku vodljivost kroz eksperimentiranje.
Empirijski pristup
Empirijski izračunajte hidrauličku vodljivost odabirom metode koja se temelji na raspodjeli veličine zrna kroz materijal. Svaka metoda je izvedena iz opće jednadžbe. Opća jednadžba je:
K = (g ÷ v) _C_ƒ (n) x (d_e) ^ 2
Gdje je K = hidraulička vodljivost; g = ubrzanje zbog gravitacije; v = kinematička viskoznost; C = koeficijent sortiranja; ƒ (n) = funkcija poroznosti; i d_e = efektivni promjer zrna. Kinematička viskoznost (v) određena je dinamičkom viskoznošću (µ) i gustoćom tekućine (vode) (ρ) kao v = µ ÷ ρ. Vrijednosti C, ƒ (n) i d ovise o metodi koja se koristi u analizi veličine zrna. Poroznost (n) proizlazi iz empirijskog odnosa n = 0,255 x (1 + 0,83 ^ U) gdje je koeficijent jednolikosti zrna (U) dan U = d_60 / d_10. U uzorku, d_60 predstavlja promjer zrna (mm) u kojem je 60 posto uzorka finije, a d_10 predstavlja promjer zrna (mm) za koji je 10 posto uzorka fino.
Ova opća jednadžba osnova je za različite empirijske formule.
Koristite jednadžbu Kozeny-Carman za većinu uresnih tla. Ovo je najšire prihvaćeni i korišteni empirijski derivat temeljen na veličini zrna tla, ali nije prikladno za tlo efektivne veličine zrna iznad 3 mm ili za glinena tla:
K = (g ÷ v) _8.3_10 ^ -3 x (d_10) ^ 2
Upotrijebite Hazen-ovu jednadžbu za tlo iz sitnog pijeska do šljunka ako ima koeficijent jednolikosti manji od pet (U <5) i efektivnu veličinu zrna između 0,1 mm i 3 mm. Ova se formula temelji samo na veličini čestica d_10, tako da je manje precizna od formule Kozeny-Carman:
K = (g ÷ v)(6_10^-4)_ (D_10) ^ 2
Upotrijebite Breyer-ovu jednadžbu za materijale s heterogenom distribucijom i slabo sortirana zrna s koeficijentom jednolikosti između 1 i 20 (1
K = (g ÷ v)(6_10 ^ -4) _log (500 ÷ U)(D_10) ^ 2
Upotrijebite jednadžbu američkog Ureda za rekordnaciju (USBR) za pijesak srednjih zrnaca s koeficijentom uniformnosti manjim od pet (U <5). To se izračunava pomoću učinkovite veličine zrna d_20 i ne ovisi o poroznosti, tako da je manje precizna od ostalih formula:
K = (g ÷ v)(4.8_10^-4)(D_20) ^ 3_ (d_20) ^ 2
Eksperimentalne metode - laboratorijske
Upotrijebite jednadžbu na temelju Darcysova zakona za eksperimentalno dobivanje hidrauličke vodljivosti. U laboratorij stavite uzorak tla u mali cilindrični spremnik kako biste stvorili jednodimenzionalni presjek tla kroz koji teče tekućina (obično voda). Ova metoda je ili ispitivanje sa konstantnom glavom ili ispitivanje pada glave, ovisno o stanju protoka tekućine. Grubozrnata tla poput čistih pijeska i šljunka obično koriste ispitivanja konstantnih glava. Finiji uzorci zrna koriste se ispitivanjima glave padom. Osnova za ove proračune je Darcysov zakon:
U = -K (dh ÷ dz)
Gdje je U = prosječna brzina fluida kroz geometrijsko područje presjeka unutar tla; h = hidraulička glava; z = okomita udaljenost u tlu; K = hidraulička vodljivost. Dimenzija K je duljina po jedinici vremena (I / T).
Upotrijebite permemetar za ispitivanje konstantnom glavom, najčešće korištenim testom za utvrđivanje zasićene hidrauličke vodljivosti grubozrnatih tla u laboratoriju. Podvrgavajući se cilindričnom uzorku tla područja A poprečnog presjeka i duljine L, protok je konstantnog (H2 - H1). Volumen (V) ispitne tekućine koja teče kroz sustav za vrijeme (t), određuje zasićenu hidrauličku vodljivost K tla:
K = VL ÷
Za najbolje rezultate testirajte nekoliko puta koristeći različite razlike u glavi.
Pomoću testa padajuće glave odredite K finozrnatih tla u laboratoriju. Spojite cilindrični stupac uzorka tla površine poprečnog presjeka (A) i duljine (L) na usku cijev područja presjeka (a), u kojoj tekućina za probijanje ulazi u sustav. Izmjerite promjenu glave u cjevovodu (H1 do H2) u intervalima (t) kako biste odredili zasićenu hidrauličku vodljivost iz Darcysovog zakona:
K = (aL ÷ At) ln (H1 ÷ H2)