WSPÓŁCZYNNIK ODSĄCZALNOŚĆI

1. Podstawy teoretyczne

Odsączalność jest to zdolność ośrodka hydrogeologicznego do oddawania wody wolnej ściekającej pod wpływem siły ciężkości. Dotyczy to przede wszystkim wody higroskopijnej, błonkowatej oraz pewnej objętości wody kapilarnej. Miara odsączalności grawitacyjnej jest współczynnik odsącz żalności µ. Wyraża go stosunek:

, gdzie

µ - współczynnik odsączalności [1]

V_w – objętość wody odsączonej ze skały [L³]

V- objętość skały [L³]

Przy założeniu, że skała jest w pełni nasycona wodą zachodzi następująca zależność między współczynnikiem odsączalności a współczynnikiem porowatości n.

n = µ +S_r ,gdzie

S_r - oznacza współczynnik retencji.

Współczynnik retencji jest zdefiniowany jako stosunek objętości wody związanej V_z tj. wody zatrzymywanej w skale siłami większymi niż siła grawitacji do objętości skały V. Objętość V_z jest objętością wody, jaka pozostaje w skale po procesie odsączania w pełni nasyconej woda skały.

Proces odsączania się wody zachodzi powoli, w związku z tym wprowadzono współczynnik odsączalności chwilowej µ_t. Jest to stosunek odsączonej z ośrodka wody wolnej w określonym czasie V_t do jego całkowitej objętości V.

Współczynnik odsączalności chwilowej zależy od czasu trwania procesu odsączania wody i przy dostatecznie długim okresie czasu zbliża się on do współczynnika odsączalności. Można to napisać w następujący sposób:

W warstwach wodonośnych naturalnych, proces odsączania będzie tym wolniejszy im bardziej są one niejednorodne i im więcej jest przewarstwień o małej wodoprzepuszczalności, które utrudniają wodzie wolniej przepływ pod wpływem siły ciężkości.

Objętość skały oblicza się ze wzoru :

V=F·h , gdzie

F – oznacza pole powierzchni przekroju próbki prostopadłego do osi kolumny.

h - wysokość

Opis przebiegu ćwiczeń

Wstępne czynności.

Do określania odsączalności użyliśmy metody wysokich kolumn. Polega ona na umieszczeniu próbek gruntu w pionowej rurze, tak aby grunt miał zagęszczenie takie jak w warunkach naturalnych. Na spodzie rury znajduje się siatka filtracyjna a pod nią komora., która jest połączona z ruchomym przelewem i przeźroczystą rurką piezometryczna. Doprowadzając do całkowitego nasycenia por i szczelin wypełnia się kolumnę badanego gruntu w całości wodą. W tym celu najpierw wytwarza się próżnię w rurze pompą próżniową, a następnie doprowadza się do spodu odgazowaną wodę. Badaną skałę wysyca się wodą na jej całej wysokości. Następnie obniża się położenie przelewu i prowadzi odsączanie. Położenie przelewu powinno być w górnej części kolumny gruntu, gdzie wilgotność objętościowa powinna mieć wartość współczynnika retencji. /odsączanie prowadzi się do ustania wypływu wody.

Proces badawczy.

Obniżenie przelewu i badanie objętości wypływającej wody w czasie V_t. Wielkość obniżenia przelewu h odczytuje się na rurce piezometrycznej. W pierwszej fazie odsączania pomiary odsączonej wody wykonuje się w krótkich odstępach czasowych (1,2,3,5min), a następnie odstępy te wydłuża się (10,20,30,40,50min).

Zakończenie pomiarów następuje po całkowitym ustaniu wypływu wody z kolumny, wówczas współczynnik odsączalności określa się jako stosunek odsączonej wody do objętości skały z której następuje odsączanie. Określamy go sporządzając wykres zmian tego współczynnika chwilowej w czasie i znajdując asymptotę do której zmierza µ. W tym celu korzystamy z programu WFIT, mający możliwość dopasowywania różnego typu krzywych do zadanych punktów. Wartość ta stanowić będzie szukaną wielkość współczynnika odsączalności.

1. Wyniki badań

Doświadczenie zostało przeprowadzone na piasku gruboziarnistym. Próbka została umieszczona w rurze o średnicy wewnętrznej d= 70,0mm = . W wyniku badań przeprowadzonych badań uzyskano następujące wyniki:

h_górne = 66,5 cm – położenie przelewu przed obniżeniem

h_dolne = 25,4 cm – położenie przelewu po obniżeniu

h = h_górne - h_dolne = 66,5 – 25,4 = 41,1cm

Pole powierzchni przekroju próbki prostopadłego do osi kolumny wynosi:

Objętość skały, z której odsączono wodę wynosi:

V = F*h = 38,46*41,1= 1580,71cm³

Tabela 1. Wyniki badania.

Czas t [min]	Objętość odsączonej wody [cm^3]	Sumaryczna objętość odsączonej wody Vt [cm^3]	Objętość skały V [cm^3]	Współczynnik odsączalności chwilowej µt
0	0	0	1581,1	0
1	62
		62	1581,1	0,039
2	42
		104	1581,1	0,066
3	35
		139	1581,1	0,088
5	53
		192	1581,1	0,121
10	68
		260	1581,1	0,164
20	41
		301	1581,1	0,190
30	14
		315	1581,1	0,199
40	9
		324	1581,1	0,205
50	5
		329	1581,1	0,208

Tab. 1 Wyniki badań odsączalności.

Do uzyskanych wartości współczynnika odsączalności chwilowej w czasie dopasowano następującą krzywą:

Wyniki dopasowania współczynnika odsączalności chwilowej w czasie krzywą

Wartość współczynnika odsączalności określona jak wartość asymptoty dla krzywej wyniosła 0,224 i jest ona większa niż pomierzona wartość współczynnika odsączalności chwilowej po 50 minutach.

1. Wnioski

Przeprowadzone doświadczenie określenie współczynnika odsączalności wykazało, że dla czasu t= 50 min współczynnik odsączalności chwilowej µ_t=0,208.