آزمایش تعیین هدایت هیدرولیکی به روش بار افتان + کلیپ
هانری دارسی در سال 1856 در حین انجام مطالعاتش دریافت که سرعت حرکت یک سیال لزج در یک محیط متخلخل تحت اختلاف فشار هیدرواستاتیکی dp بین دو نقطه به فاصله dx از رابطه زیر بدست می آید:
Vx= -k(dp/dx)
که در رابطه فوق Vx سرعت در جهت x و k ضریبی است به نام ضریب نفوذپذیری (هدایت هیدرولیکی).
ضریب نفوذپذیری برابر است با مقدار سیالی که در واحد زمان از سطح مقطع واحد، تحت شیب هیدرولیکی واحد جریان می یابد.
قانون دارسی تحت شرایط کلی زیر صادق است:
- جریان ورقه ای (Laminar Flow) باشد، لذا نمی توان آن را درمورد خاکهایی که خیلی درشت هستند و حرکت در آنها به صورت متلاطم صورت میگیرد به کار برد.
- جریان در حالت ماندگار یا پایدار باشد.
- خلل و فرج خاک همگی اشباع از آب باشند.
- شرایط پیوستگی جریان وجود داشته و در اثر جریان یافتن آب هیچگونه تغییر حجمی در محیط متخلخل رخ نمیدهد.
روشهای مختلفی برای تعیین هدایت هیدرولیکی معرفی شده اند که در زیر به صورت مختصر نام برده شده است:
- الف) روشهای آزمایشی
- در آزمایشگاه
- مستقیم :
- روش بار هیدرولیکی ثابت
- روش بار هیدرولیکی متغیر
- غیر مستقیم (استفاده از نتایج آزمایش تحکیم)
- مستقیم :
- در صحرا (استفاده از نتایج آزمایش پمپاژ، چاهک معکوس و…)
- در آزمایشگاه
- ب) استفاده از فرمولهای تجربی
در این بخش به معرفی آزمایش تعیین بار هیدرولیکی به روش بار افتان میپردازیم.
تعیین بار هیدرولیکی به روش بار افتان (بار متغیر)
در این روش نمونه خاک تحت یک بار هیدرولیکی قرار می گیرد که مقدار آن بر اثرجریان یافتن آب از داخل خاک و پایین رفتن سطح آب در مخزن تغییر کرده و با زمان کم میشود. از آنجا که در این آزمایش ارتفاع هیدرولیکی h با زمان تغییر می کند، لذا قانون دارسی مستقیما قابل استفاده نبوده و باید فرمولی مخصوص برای آن تنظیم گردد. فرمول محاسبه هدایت هیدرولیکی به روش بار افتان به صورت زیر میباشد:
که در آن:
A= سطح مقطع نمونه خاک
a= سطح مقطع لوله باریک حاوی آب
h1= ارتفاع هیدرولیکی در شروع آزمایش
h2= ارتفاع هیدرولیکی در انتهای آزمایش
L= طول نمونه خاک
t= مدت زمانی که سطح آب در لوله از h1 به h2 رسیده است
در این آزمایش ابتدا ارتفاع آب در لحظه شروع آزمایش (h1) اندازه گیری شده و سپس باگذشت زمان t ارتفاع آب (h2) اندازه گیری میشود و با استفاده از فرمول فوق میتوان مقدار هدایت هیدرولیکی را بدست آورد.
مزیت عمده این روش سهولت کنترل ارتفاع هیدرولیکی و بی تأثیر بودن تبخیر آب در طول آزمایش است. معایب این روش نیز پیچیدگی دستگاه جهت انجام آزمایش و امکان ایجاد تلاطم و بهم خوردگی نمونه خاک در هنگام اضافه کردن آب به دستگاه می باشد.
منبع: کتاب مکانیک خاک دکتر حسن رحیمی
با تشکر از گروه مهندسی آبیاری و آبادانی دانشگاه تهران، انجمن علمی گروه مهندسی آبیاری و آبادانی و جناب مهندس عابدینی بابت حمایت بی دریغ در تهیه این کلیپ.