Inhoud
Hydraulische geleidbaarheid is het gemak waarmee water door poreuze ruimtes en breuken in grond of gesteente beweegt. Het is onderhevig aan een hydraulisch verloop en wordt beïnvloed door het verzadigingsniveau en de permeabiliteit van het materiaal. Hydraulische geleidbaarheid wordt in het algemeen bepaald door een van twee benaderingen. Een empirische benadering correleert hydraulische geleidbaarheid met bodemeigenschappen. Een tweede benadering berekent de hydraulische geleidbaarheid door middel van experimenten.
De empirische benadering
Bereken de hydraulische geleidbaarheid empirisch door een methode te selecteren op basis van korrelgrootteverdeling door het materiaal. Elke methode is afgeleid van een algemene vergelijking. De algemene vergelijking is:
K = (g ÷ v) _C_ƒ (n) x (d_e) ^ 2
Waar K = hydraulische geleidbaarheid; g = versnelling door zwaartekracht; v = kinematische viscositeit; C = sorteercoëfficiënt; ƒ (n) = porositeitsfunctie; en d_e = effectieve korreldiameter. De kinematische viscositeit (v) wordt bepaald door de dynamische viscositeit (µ) en de vloeistof (water) dichtheid (ρ) als v = µ ÷ ρ. De waarden van C, ƒ (n) en d zijn afhankelijk van de methode die wordt gebruikt in de korrelgrootteanalyse. Porositeit (n) is afgeleid van de empirische relatie n = 0,255 x (1 + 0,83 ^ U) waarbij de uniformiteitscoëfficiënt (U) wordt gegeven door U = d_60 / d_10. In het monster staat d_60 voor de korreldiameter (mm) waarin 60 procent van het monster fijner is en d_10 voor de korreldiameter (mm) waarvoor 10 procent van het monster fijner is.
Deze algemene vergelijking is de basis voor verschillende empirische formules.
Gebruik de Kozeny-Carman-vergelijking voor de meeste bodemdieren. Dit is het meest algemeen aanvaarde en gebruikte empirische derivaat op basis van de korrelgrootte van de grond, maar is niet geschikt om te gebruiken voor bodems met een effectieve korrelgrootte van meer dan 3 mm of voor kleigronden:
K = (g ÷ v) _8.3_10 ^ -3 x (d_10) ^ 2
Gebruik de Hazen-vergelijking voor bodemureen van fijn zand tot grind als de grond een uniformiteitscoëfficiënt van minder dan vijf (U <5) en een effectieve korrelgrootte tussen 0,1 mm en 3 mm heeft. Deze formule is alleen gebaseerd op de deeltjesgrootte d_10 en is dus minder nauwkeurig dan de Kozeny-Carman-formule:
K = (g ÷ v)(6_10^-4)_ (D_10) ^ 2
Gebruik de Breyer-vergelijking voor materialen met een heterogene verdeling en slecht gesorteerde korrels met een uniformiteitscoëfficiënt tussen 1 en 20 (1
K = (g ÷ v)(6_10 ^ -4) _log (500 ÷ U)(D_10) ^ 2
Gebruik de Amerikaanse Bureau of Reclamation (USBR) -vergelijking voor middellangkorrelig zand met een uniformiteitscoëfficiënt kleiner dan vijf (U <5). Dit berekent met behulp van een effectieve korrelgrootte van d_20 en is niet afhankelijk van porositeit, dus het is minder nauwkeurig dan andere formules:
K = (g ÷ v)(4.8_10^-4)(D_20) ^ 3_ (d_20) ^ 2
Experimentele methoden - laboratorium
Gebruik een vergelijking op basis van de wet van Darcys om experimenteel hydraulische geleidbaarheid af te leiden. Plaats in het laboratorium een grondmonster in een kleine cilindrische container om een eendimensionale dwarsdoorsnede van de grond te maken waardoor de vloeistof (meestal water) stroomt. Deze methode is een constante-koptest of een vallende-koptest afhankelijk van de stromingstoestand van de vloeistof. Grofkorrelige bodems zoals schoon zand en grind gebruiken meestal tests met een constante kop. Fijnere korrelmonsters maken gebruik van valkoppen. De basis voor deze berekeningen is Darcys Law:
U = -K (dh ÷ dz)
Waar U = gemiddelde vloeistofsnelheid door een geometrisch dwarsdoorsnedegebied in de grond; h = hydraulische kop; z = verticale afstand in de grond; K = hydraulische geleidbaarheid. De dimensie van K is lengte per tijdseenheid (I / T).
Gebruik een permeameter om een Constant-Head-test uit te voeren, de meest gebruikte test om de verzadigde hydraulische geleidbaarheid van grofkorrelige bodems in het laboratorium te bepalen. Onderwerp een cilindrisch grondmonster van dwarsdoorsnede A en lengte L aan een constante kop (H2 - H1) stroom. Het volume (V) van de testvloeistof die gedurende tijd (t) door het systeem stroomt, bepaalt de verzadigde hydraulische geleidbaarheid K van de bodem:
K = VL ÷
Test voor de beste resultaten meerdere keren met verschillende kopverschillen.
Gebruik de Falling-head-test om de K van fijnkorrelige gronden in het laboratorium te bepalen. Verbind een cilindrische grondmonsterkolom met dwarsdoorsnede (A) en lengte (L) met een standpijp met dwarsdoorsnede (a), waarin de percolerende vloeistof in het systeem stroomt. Meet de verandering in kop in de standpijp (H1 tot H2) met tussenpozen van tijd (t) om de verzadigde hydraulische geleidbaarheid te bepalen volgens de wet van Darcys:
K = (aL ÷ At) ln (H1 ÷ H2)