¿Qué es el coeficiente de permeabilidad? ¿Cómo determinar el coeficiente de permeabilidad?
El coeficiente de permeabilidad K es un índice que refleja de forma integral la permeabilidad del suelo. La correcta determinación de su valor es de gran importancia para los cálculos de permeabilidad. Entonces, ¿cuánto sabes sobre el coeficiente de permeabilidad? Lo siguiente es lo que he recopilado sobre qué es el coeficiente de permeabilidad. ¡Espero que te guste!
Introducción al coeficiente de permeabilidad
. El coeficiente de permeabilidad también se denomina coeficiente de conducción hidráulica (conductividad hidráulica). En medios isotrópicos, se define como el caudal unitario bajo gradiente hidráulico unitario, lo que indica la dificultad del fluido para pasar a través del esqueleto del poro. La expresión es: ?=k?g/?, donde k es la permeabilidad del medio poroso. Sólo está relacionado con las propiedades del esqueleto sólido, ? es el coeficiente de permeabilidad; ? es el coeficiente de viscosidad dinámica; ? En medios anisotrópicos, el coeficiente de permeabilidad se expresa en forma tensorial. Cuanto mayor sea el coeficiente de permeabilidad, mayor será la permeabilidad al agua de la roca. El coeficiente de permeabilidad de la capa de grava de arena gruesa altamente permeable es >10 metros/día y noche; el coeficiente de permeabilidad del suelo subarenoso débilmente permeable es de 1 a 0,01 metros/día y noche; el coeficiente de permeabilidad de la arcilla impermeable es <0,001 metros; /día y noche. Se puede observar que el coeficiente de permeabilidad del suelo depende de la textura del suelo.
Método de cálculo del coeficiente de permeabilidad
Hay muchos factores que afectan el coeficiente de permeabilidad, que depende principalmente de la forma, el tamaño, el coeficiente desigual de las partículas del suelo y la viscosidad del agua. debe ser Es difícil establecer una fórmula teórica precisa para calcular el coeficiente de permeabilidad k. El valor k generalmente se puede determinar mediante métodos experimentales, incluidos métodos de medición de laboratorio y métodos de medición in situ o métodos de estimación empírica.
Métodos de medición del coeficiente de permeabilidad
Los métodos de medición del coeficiente de permeabilidad se dividen principalmente en dos categorías: medición de laboratorio y medición de campo.
1. Método de medición de laboratorio
En la actualidad, existen muchos tipos de instrumentos y métodos de prueba para medir el coeficiente de permeabilidad k en el laboratorio, pero según el principio de prueba, puede dividirse aproximadamente en: método de cabeza constante y "método de cabeza variable".
El método de prueba de carga constante consiste en mantener la carga de agua constante durante todo el proceso de prueba, por lo que la diferencia de carga también es constante. Como se muestra en la figura:
Durante la prueba, una muestra saturada con sección transversal A y longitud L se llena en un cilindro de plástico transparente. La válvula de agua se abre para que el agua fluya a través de la muestra desde arriba. hacia abajo y se descarga desde la salida de agua. Después de que la diferencia de carga Δh y el caudal de filtración Q sean estables, mida la cantidad de agua V que fluye a través de la muestra dentro de un cierto período de tiempo t, luego
V = Q*t = ?*A* t
De acuerdo con la ley de Darcy, v = k*i, entonces
V = k*(△h/L)*A*t
Así, podemos obtener
k = q*L / A*△h=Q*L /( A*△h)
La prueba de cabeza de agua constante es adecuada para determinar los parámetros de penetración de suelo arenoso con alta permeabilidad al agua. Dado que el coeficiente de permeabilidad del suelo cohesivo es muy pequeño y la cantidad de agua permeable es muy pequeña, es difícil medirlo con precisión con esta prueba, por lo que se debe utilizar la prueba de carga variable en su lugar.
El método de prueba de altura variable significa que la diferencia de altura del agua cambia con el tiempo durante la prueba. El dispositivo es como se muestra en la figura:
El agua fluye desde un tubo de vidrio graduado vertical. y un tubo en forma de U fluye a través de la muestra de suelo de abajo hacia arriba. Durante la prueba, después de llenar el tubo de vidrio con agua hasta la altura requerida, inicie el cronómetro y mida la diferencia de carga de agua inicial △h1. Después del tiempo t, mida la diferencia de carga de agua final △h2. Se puede derivar la penetración Expresión del coeficiente k.
Suponga que la diferencia de carga que actúa sobre las dos secciones en cualquier momento t durante la prueba es △h. Después del tiempo dt, el nivel de agua en la tubería cae en dh, luego la cantidad de agua que fluye hacia la tubería. la muestra dentro de dt es
dVe = -a dh
Donde a es el área de la sección transversal del tubo de vidrio el signo negativo a la derecha indica que el volumen de agua aumenta; a medida que △h disminuye.
Según la ley de Darcy, la cantidad de filtración que fluye fuera de la muestra dentro del tiempo dt es:
dVo = k*i*A*dt = k*(△h/L) *A *dt
¿Dónde, A? Área de la sección transversal de la muestra; L?
Según el principio de continuidad del flujo de agua, se debe obtener dVe = dVo, es decir,
k = (a*L/A*t)㏑(△h1/ △h2)
O expresada en logaritmos comunes, la fórmula anterior se puede escribir como
k = 2.3*(a*L/A*t)lg(△h1/△h2 )
2. Método de medición in situ en el campo
La prueba de infiltración generalmente utiliza una prueba de filtración de pozo de prueba, que es un método simple para medir el coeficiente de permeabilidad de capas sueltas y formaciones rocosas. en la zona vadosa del campo. Las pruebas de filtración de pozos de prueba a menudo utilizan el método de pozo de prueba, el método de bucle simple y el método de bucle doble.
Método del pozo de prueba
Consiste en cavar un pozo de prueba cuadrado o circular de cierta profundidad (30-50 cm) en la superficie del suelo seco. El fondo del pozo debe estar. A 3-5 metros del nivel freático, el fondo del pozo debe pavimentarse con 2 a 3 centímetros de arena gruesa con filtro inverso y se debe inyectar agua en el pozo de prueba para que el nivel del agua en el pozo de prueba. estar siempre unos 10 centímetros más alto que el fondo del hoyo. Para facilitar la observación del nivel del agua en el pozo, se debe colocar una regla en el fondo del pozo. Encuentre la cantidad de agua Q que se filtra en el fondo del pozo por unidad de tiempo y divídala por el área del fondo del pozo F, es decir, la velocidad de filtración promedio v=Q/F. Cuando la altura de la columna de agua en el pozo no es grande (igual a 10 cm), se puede considerar que el gradiente de la altura del agua está cerca de 1, por lo que K (coeficiente de permeabilidad) = V. Este método es adecuado para medir suelos arenosos donde la presión capilar tiene poco efecto. Si se utiliza en suelos cohesivos, el coeficiente de permeabilidad medido será mayor.
El método del anillo único
consiste en incrustar un anillo de hierro de 20 cm de alto y 35,75 cm de diámetro en el fondo del pozo de prueba. El anillo de hierro delimita un área de. 1.000 centímetros cuadrados. El anillo de hierro se presiona en el fondo del pozo hasta una profundidad de 10 cm. La pared del anillo y la capa de suelo deben estar en estrecho contacto. Dentro del anillo se colocan de 2 a 3 cm de arena gruesa filtrada. Al inicio de la prueba se utilizó una botella Marriott para controlar la columna de agua en el anillo y mantenerla a una altura de 10 cm. La prueba continúa hasta que se fija la cantidad de agua infiltrada Q y la tasa de penetración se puede calcular de acuerdo con la siguiente fórmula: v = Q/F. La tasa de penetración obtenida es el valor del coeficiente de permeabilidad de la capa suelta y la capa de roca.
Método de doble anillo
Se incrustan dos anillos de hierro en el fondo del pozo de prueba y se agrega un anillo interior para formar un anillo concéntrico. El diámetro del anillo exterior puede. ser de 0,5 metros y el diámetro del anillo interior puede ser de 0,25 metros. Durante la prueba, se vierte agua en el anillo de hierro y se utiliza una botella Marriott para controlar las columnas de agua del anillo exterior y del anillo interior para que permanezcan a la misma altura (por ejemplo, 10 cm). Según los datos obtenidos del anillo interior, determine el valor del coeficiente de permeabilidad de la capa suelta y la capa de roca según el método anterior. Dado que el agua en el anillo interior sólo penetra en dirección vertical, se elimina el error en la zona de filtración lateral. Por lo tanto, es más preciso que el método del pozo de prueba y el método de anillo único. El agua que penetra entre los anillos interior y exterior es principalmente difusión lateral y absorción capilar, mientras que el anillo interior es la penetración real de capas sueltas y capas de roca en dirección vertical.
Cuando se realiza la prueba de penetración de agua hasta que la cantidad de agua infiltrada se estabilice, el coeficiente de permeabilidad se puede calcular con precisión según la siguiente fórmula (teniendo en cuenta la influencia adicional de la presión capilar): K ( coeficiente de permeabilidad) = QL/ F(H+Z +L).
Dónde:
Q-----Volumen de agua de infiltración estable (centímetros cúbicos/min);
F------En la prueba pozo El área de filtración de agua del anillo (centímetros cuadrados);
Z-----El espesor del agua en el anillo en el pozo de prueba (cm);
H-----Presión capilar (general Equivalente a la mitad de la altura de elevación capilar de la roca y el suelo) (cm);