Гидравлическая проводимость - это легкость, с которой вода движется через пористые пространства и трещины в почве или скале. Он подвержен гидравлическому градиенту и зависит от уровня насыщения и проницаемости материала. Гидравлическую проводимость обычно определяют одним из двух подходов. Эмпирический подход устанавливает взаимосвязь между гидравлической проводимостью и свойствами почвы. Второй подход рассчитывает гидравлическую проводимость экспериментально.
Где K = гидравлическая проводимость; g = ускорение свободного падения; v = кинематическая вязкость; C = коэффициент сортировки; ƒп = функция пористости; и ге = эффективный диаметр зерна. Кинематическая вязкость (v) определяется динамической вязкостью (µ) и плотностью жидкости (воды) (ρ) как:
Значения C, ƒ и d зависят от метода, используемого при анализе размера зерен. Пористость (n) определяется эмпирическим соотношением n = 0,255 x (1 + 0,83U), где коэффициент однородности зерна (U) определяется как U = d60/ д10. В выборке d60 представляет собой диаметр зерна (мм), при котором 60 процентов образца более мелкие, а d
10 представляет собой диаметр зерна (мм), для которого 10 процентов образца являются более мелкими.Используйте уравнение Козени-Кармана для большинства текстур почвы. Это наиболее широко распространенная и используемая эмпирическая производная, основанная на размере зерна почвы, но не подходит для почв с эффективным размером зерна более 3 мм или для почв с глинистой структурой:
Используйте уравнение Хейзена для определения текстуры почвы от мелкого песка до гравия, если у почвы коэффициент однородности менее пяти (U <5) и эффективный размер зерна от 0,1 мм до 3 мм. Эта формула основана только на d10 размер частиц, поэтому он менее точен, чем формула Козени-Кармана:
Используйте уравнение Брейера для материалов с неоднородным распределением и плохо отсортированными зернами с коэффициентом однородности от 1 до 20 (1
Используйте уравнение Бюро мелиорации США (USBR) для среднезернистого песка с коэффициентом однородности менее пяти (U <5). Он рассчитывается с использованием эффективного размера зерна d_20 и не зависит от пористости, поэтому он менее точен, чем другие формулы:
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 представляет собой испытание с постоянным напором или испытанием с падающим напором в зависимости от состояния потока жидкости. Для крупнозернистых почв, таких как чистый песок и гравий, обычно используются испытания с постоянным напором. Для образцов с более мелким зерном используются тесты с падающей головкой. В основе этих расчетов лежит закон Дарси:
Где U = средняя скорость жидкости через геометрическую площадь поперечного сечения в почве; h = гидравлический напор; z = вертикальное расстояние в почве; K = гидравлическая проводимость. Размерность K - длина в единицу времени (I / T).
Используйте пермеаметр для проведения теста постоянного напора, наиболее часто используемого теста для определения насыщенной гидравлической проводимости крупнозернистых грунтов в лаборатории. Цилиндрический образец грунта с площадью поперечного сечения A и длиной L подвергается постоянному напору (H2 - H1). Объем (V) испытательной жидкости, которая протекает через систему в течение времени (t), определяет насыщенную гидравлическую проводимость K почвы:
Используйте тест падающей головы, чтобы определить K мелкозернистых почв в лаборатории. Подсоедините цилиндрическую колонну для отбора проб грунта с площадью поперечного сечения (A) и длиной (L) к стояку с площадью поперечного сечения (a), по которой перколяционная жидкость поступает в систему. Измерьте изменение напора в стояке (от H1 до H2) через интервалы времени (t), чтобы определить насыщенную гидравлическую проводимость по закону Дарси: