Содержание
Гидравлическая проводимость - это легкость, с которой вода движется через пористые пространства и трещины в почве или камне. Он подвержен гидравлическому градиенту и зависит от уровня насыщения и проницаемости материала. Гидравлическая проводимость обычно определяется одним из двух подходов. Эмпирический подход коррелирует гидравлическую проводимость со свойствами почвы. Второй подход рассчитывает гидравлическую проводимость путем экспериментов.
Эмпирический подход
Рассчитайте гидравлическую проводимость эмпирически, выбрав метод, основанный на распределении зерен по размерам материала. Каждый метод получен из общего уравнения. Общее уравнение:
K = (g ÷ v) _C_ƒ (n) x (d_e) ^ 2
Где K = гидравлическая проводимость; g = ускорение силы тяжести; v = кинематическая вязкость; C = коэффициент сортировки; ƒ (n) = функция пористости; и d_e = эффективный диаметр зерна. Кинематическая вязкость (v) определяется динамической вязкостью (µ) и плотностью жидкости (воды) (ρ) как v = µ ÷ ρ. Значения C, ƒ (n) и d зависят от метода, используемого в анализе размеров зерна. Пористость (n) получается из эмпирического соотношения n = 0,255 x (1 + 0,83 ^ U), где коэффициент однородности зерна (U) определяется как U = d_60 / d_10. В образце d_60 представляет диаметр зерна (мм), при котором 60 процентов образца более мелкое, а d_10 представляет диаметр зерна (мм), для которого 10 процентов образца является более мелким.
Это общее уравнение является основой для различных эмпирических формул.
Используйте уравнение Козени-Кармана для большинства почвенных руд. Это наиболее распространенное и используемое эмпирическое производное, основанное на размере зерна в почве, но его нецелесообразно использовать для почв с эффективным размером зерна более 3 мм или для глинистых почв:
K = (g ÷ v) _8,3_10 ^ -3 x (d_10) ^ 2
Используйте уравнение Хазена для руд почвы от мелкого песка до гравия, если почва имеет коэффициент однородности менее пяти (U <5) и эффективный размер зерна от 0,1 мм до 3 мм. Эта формула основана только на размере частиц d_10, поэтому она менее точна, чем формула Козени-Кармана:
К = (г ÷ V)(6_10^-4)_ (D_10) ^ 2
Используйте уравнение Брейера для материалов с неоднородным распределением и плохо отсортированных зерен с коэффициентом однородности от 1 до 20 (1
К = (г ÷ V)(6_10 ^ -4) _log (500 ÷ U)(D_10) ^ 2
Используйте уравнение Бюро мелиорации США (USBR) для песка средней крупности с коэффициентом однородности менее пяти (U <5). Он рассчитывает с использованием эффективного размера зерна d_20 и не зависит от пористости, поэтому он менее точен, чем другие формулы:
К = (г ÷ V)(4.8_10^-4)(D_20) ^ 3_ (d_20) ^ 2
Экспериментальные методы - Лаборатория
Используйте уравнение, основанное на законе Дарси, для экспериментального определения гидравлической проводимости. В лаборатории поместите образец почвы в небольшой цилиндрический контейнер, чтобы создать одномерное поперечное сечение почвы, через которое течет жидкость (обычно вода). Этот метод является либо испытанием с постоянным напором, либо испытанием при опускании в зависимости от состояния потока жидкости. Крупнозернистые почвы, такие как чистый песок и гравий, обычно используют испытания с постоянным напором. Более мелкие образцы зерна используют испытания на падение. Основой для этих расчетов является закон Дарси:
U = -K (dh ÷ dz)
Где U = средняя скорость жидкости через геометрическую площадь поперечного сечения в почве; h = гидравлическая головка; z = вертикальное расстояние в почве; K = гидравлическая проводимость. Размерность K - это длина в единицу времени (I / T).
Используйте пермеаметр для проведения теста с постоянным напором, наиболее часто используемого теста для определения насыщенной гидравлической проводимости крупнозернистых грунтов в лаборатории. Подвергните цилиндрический образец почвы с площадью поперечного сечения A и длиной L постоянному напору (H2 - H1). Объем (V) испытательной жидкости, которая протекает через систему в течение времени (t), определяет насыщенную гидравлическую проводимость K почвы:
K = VL ÷
Для достижения наилучших результатов, тестируйте несколько раз, используя разные различия головы.
Используйте тест «Падающая головка», чтобы определить K мелкозернистых почв в лаборатории. Подсоедините цилиндрическую колонку с образцом грунта с площадью поперечного сечения (A) и длиной (L) к стояку с площадью поперечного сечения (a), в которой перколирующая жидкость поступает в систему. Измерьте изменение в головке в стояке (H1 Н2) с интервалами времени (т), чтобы определить насыщенный гидравлическую проводимость от Закон Дарси:
K = (aL ÷ At) ln (H1 ÷ H2)