เนื้อหา
การนำไฮดรอลิกเป็นความสะดวกที่น้ำเคลื่อนที่ผ่านช่องว่างที่มีรูพรุนและแตกหักในดินหรือหิน มันเป็นเรื่องที่ลาดไฮดรอลิและได้รับผลกระทบจากระดับความอิ่มตัวและการซึมผ่านของวัสดุ โดยทั่วไปแล้วการนำไฮดรอลิกจะถูกกำหนดอย่างใดอย่างหนึ่งผ่านสองวิธี วิธีเชิงประจักษ์มีความสัมพันธ์กับการนำไฮดรอลิกกับคุณสมบัติของดิน วิธีที่สองเป็นการคำนวณค่าการนำไฟฟ้าไฮดรอลิกผ่านการทดลอง
แนวทางเชิงประจักษ์
คำนวณค่าการนำไฟฟ้าไฮดรอลิกเชิงประจักษ์โดยการเลือกวิธีการตามการกระจายขนาดเกรนผ่านวัสดุ แต่ละวิธีได้มาจากสมการทั่วไป สมการทั่วไปคือ:
K = (g ÷ v) _C_ƒ (n) x (d_e) ^ 2
เมื่อ K = ค่าการนำไฟฟ้าไฮดรอลิก g = ความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วง v = ความหนืดจลน์; C = สัมประสิทธิ์การเรียงลำดับ; ƒ (n) = ฟังก์ชันความพรุน; และ d_e = เส้นผ่านศูนย์กลางเกรนที่มีประสิทธิภาพ ความหนืดจลนศาสตร์ (v) ถูกกำหนดโดยความหนืดไดนามิก (µ) และความหนาแน่นของของเหลว (น้ำ) (ρ) เป็น v = µ ÷ρ ค่าของ C, ƒ (n) และ d ขึ้นอยู่กับวิธีที่ใช้ในการวิเคราะห์ขนาดเกรน Porosity (n) มาจากความสัมพันธ์เชิงประจักษ์ n = 0.255 x (1 + 0.83 ^ U) โดยที่ค่าสัมประสิทธิ์ของความสม่ำเสมอของเกรน (U) กำหนดโดย U = d_60 / d_10 ในตัวอย่าง d_60 แสดงถึงเส้นผ่านศูนย์กลางเกรน (มม.) ซึ่ง 60 เปอร์เซ็นต์ของตัวอย่างดีขึ้นและ d_10 แทนเส้นผ่านศูนย์กลางเกรน (มม.) ซึ่ง 10 เปอร์เซ็นต์ของตัวอย่างนั้นละเอียดกว่า
สมการทั่วไปนี้เป็นพื้นฐานสำหรับสูตรเชิงประจักษ์ที่แตกต่างกัน
ใช้สมการ Kozeny-Carman สำหรับดินส่วนใหญ่ นี่เป็นอนุพันธ์เชิงประจักษ์ที่ได้รับการยอมรับและใช้กันอย่างกว้างขวางโดยยึดตามขนาดของเม็ดดิน แต่ไม่เหมาะสมที่จะใช้สำหรับดินที่มีขนาดเม็ดที่มีประสิทธิภาพสูงกว่า 3 มม. หรือสำหรับดินที่มีดินเหนียว:
K = (g ÷ v) _8.3_10 ^ -3 x (d_10) ^ 2
ใช้สมการ Hazen สำหรับดินจากทรายละเอียดเพื่อกรวดถ้าดินมีค่าสัมประสิทธิ์สม่ำเสมอน้อยกว่าห้า (U <5) และขนาดเกรนที่มีประสิทธิภาพระหว่าง 0.1 มม. และ 3 มม. สูตรนี้ขึ้นอยู่กับขนาดอนุภาค d_10 เท่านั้นดังนั้นจึงมีความแม่นยำน้อยกว่าสูตร Kozeny-Carman:
K = (g ÷ v)(6_10^-4)_ (d_10) ^ 2
ใช้สมการ Breyer สำหรับวัสดุที่มีการกระจายแบบต่างกันและธัญพืชเรียงไม่ดีที่มีค่าสัมประสิทธิ์สม่ำเสมอระหว่าง 1 ถึง 20 (1
K = (g ÷ v)(6_10 ^ -4) _ บันทึก (500 ÷ ยู)(d_10) ^ 2
ใช้สมการ Bureau of Reclamation (USBR) ของสหรัฐอเมริกาสำหรับทรายเม็ดกลางที่มีค่าสัมประสิทธิ์สม่ำเสมอน้อยกว่าห้า (U <5) วิธีนี้คำนวณโดยใช้ขนาดเกรนที่มีประสิทธิภาพเป็น d_20 และไม่ขึ้นอยู่กับความโปร่งดังนั้นจึงมีความแม่นยำน้อยกว่าสูตรอื่น ๆ :
K = (g ÷ v)(4.8_10^-4)(d_20) ^ 3_ (d_20) ^ 2
วิธีการทดลอง - ปฏิบัติการ
ใช้สมการบนพื้นฐานของกฎหมายดาร์ซีซิสเพื่อหาค่าการนำไฟฟ้าไฮดรอลิกโดยการทดลอง ในห้องปฏิบัติการวางตัวอย่างดินลงในภาชนะทรงกระบอกขนาดเล็กเพื่อสร้างหน้าตัดดินในมิติเดียวซึ่งของเหลว (โดยปกติจะเป็นน้ำ) ไหล วิธีนี้อาจเป็นการทดสอบแบบหัวคงที่หรือแบบทดสอบการตกแบบหัวตกทั้งนี้ขึ้นอยู่กับสถานะการไหลของของเหลว ดินที่มีเนื้อหยาบเช่นทรายที่สะอาดและกรวดมักใช้การทดสอบแบบหัวคงที่ ตัวอย่างเมล็ดละเอียดกว่านั้นใช้การทดสอบหัวตกลง พื้นฐานสำหรับการคำนวณเหล่านี้คือกฎหมาย Darcys:
U = -K (dh ÷ dz)
โดยที่ U = ความเร็วเฉลี่ยของของไหลผ่านพื้นที่ตัดขวางทางเรขาคณิตภายในดิน h = หัวไฮดรอลิก; z = ระยะทางแนวตั้งในดิน K = การนำไฟฟ้าไฮดรอลิก ขนาดของ K คือความยาวต่อหน่วยเวลา (I / T)
ใช้ Permeameter เพื่อทดสอบค่าคงที่ของหัวซึ่งเป็นการทดสอบที่ใช้กันมากที่สุดเพื่อกำหนดค่าการนำไฟฟ้าไฮดรอลิกอิ่มตัวของดินที่มีเนื้อหยาบในห้องปฏิบัติการ ตัวอย่างดินรูปทรงกระบอกของพื้นที่หน้าตัด A และความยาว L คืออัตราการไหลคงที่ของหัว (H2 - H1) ปริมาตร (V) ของของเหลวทดสอบที่ไหลผ่านระบบในช่วงเวลา (t) กำหนดค่าการนำไฟฟ้าไฮดรอลิกอิ่มตัว K ของดิน:
K = VL ÷
เพื่อผลลัพธ์ที่ดีที่สุดทดสอบหลาย ๆ ครั้งโดยใช้ความแตกต่างของหัวที่แตกต่างกัน
ใช้การทดสอบหัวตกเพื่อตรวจสอบ K ของดินเนื้อละเอียดในห้องปฏิบัติการ เชื่อมต่อคอลัมน์ตัวอย่างดินทรงกระบอกของพื้นที่หน้าตัด (A) และความยาว (L) เข้ากับพื้นที่หน้าตัดขวาง (a) ซึ่งมีของเหลวไหลผ่านเข้าสู่ระบบ วัดการเปลี่ยนแปลงของหัวใน standpipe (H1 ถึง H2) ตามช่วงเวลา (t) เพื่อกำหนดค่าการนำไฟฟ้าไฮดรอลิกอิ่มตัวจาก Darcys Law:
K = (aL ÷ At) ln (H1 ÷ H2)