بررسی مقادیر نفوذپذیری خاک های مختلف

نفوذپذیری خاک

برای تعریف تابع نفوذپذیری خاک در نرم افزار Geostudio زیر مجموعه Seep/W ابتدا باید دیدی نسبت به مقادیر نفوذپذیری خاک های مختلف داشته باشید.

در جدول زیر نفوذپذیری خاک های مختلف شن، ماسه، رس و سیلت آورده شده است.

نفوذپذیری خاک

به درجه سهولت حرکت یک سیال در داخل یک ماده متخلخل، اصطلاحا نفوذپذیری می گویند.

به عبارت دیگر، نفوذپذیری یک ماده عبارت است از قدرت عبوردهی آن ماده نسبت به سیالات مختلف. پس این خاصیت ماده عبارت است از خواص ماده متخلخل سیال.

ظرفیت خاک برای عبوردادن آب از داخل حفره های آن به نام نفوذپذیری خاک نامیده می شود.

عواملی که در نفوذپذیری خاک مؤثر است عبارتند از:

۱- دانه بندی خاک
۲- تخلخل

۳- ترکیب کانی شناسی بخش جامد خاک و نوع کاتیونهای جذب شده
۴- درجه حرارت آب که بر ویسکوزیته آن به طور محسوس مؤثر است. 

برای مواد دانه ای، نفوذپذیری خاک عموما با عکس سطح مخصوص ذرات بستگی دارد.

در رس های اشباع شده نفوذپذیری خاک به سرعت با مقدار رطوبت خاک تغییر می کند.

باید توجه داشت که به علت تراکم طبقات خاک در عمق، نفوذپذیری خاک با افزایش عمق کاهش می یابد، همچنین به علت فرم لایه بندی و طرز تشکیل طبقات رسوبی، نفوذپذیری خاک در لایه های مختلف در امتداد موازی یا عمود بر لایه کاملا متفاوت است.

با توجه به رابطه دارسی می توان پذیرفت که پارامترهای مؤثر در نفوذپذیری خاک را می توان به صورت ضریب نفوذپذیری ( یا ضریب هدایت هیدرولیکی) آن، k نشان داد.

بطوری که با معلوم بودن مشخصات دیگر خاک و جریان آب و با داشتن k می توان دبی سیال را همواره محاسبه نمود و بالعکس با معلوم بودن مشخصات جریان می توان k را در آزمایشگاه یا در زمین بدست آورد.

برای محاسبه تقریبی ضریب نفوذپذیری می توان از رابطه k=C(d10)2 استفاده نمود که در آن k ضریب نفوذپذیری و C ضریبی است تجربی که برای ماسه های با دانه بندی یکنواخت بین ۸ تا ۱۱، برای ماسه های لای و رس و از بین ۶ تا ۸ به دست آمده است و D10 اندازه مؤثر دانه ها بر حسب میلیمتر است.

این رابطه عملا برای ماسه هایی با مشخصات دانه بندی d10= 0.1 – ۰٫۳ میلیمتر و U≤۵ قابل استفاده است.

چنانچه حدود کاربرد این رابطه برای ماسه های با دانه بندی های غیر از آنچه ذکر شد توسعه یابد مقدار c نیز تا حدودی با مقادیر ذکر شده متفاوت خواهد بود و باید به طور تدریجی تعیین گردد. همچنین رابطه تجربی دیگری بین ضریب نفوذپذیری و درصد پوکی (e) خاک به صورت k = C1e2 که در آن C1 ضریب تجربی است.

غالبا می توان برای خاکها رابطه ای خطی بین e و log10k  به دست آورد.

این رابطه کاربرد عملی دارد زیرا چنانچه این رابطه برای نوعی از خاک مشخص گردد، با اندازه گیری e از نمونه خاکی در زمین ناحیه می توان با محاسبه، ضریب نفوذپذیری مربوط به آن ناحیه را بدست آورد.همچنان که ذکر شد به علت تغییر لزجت (ویسکوزیته) آب با درجه حرارت، ضریب نفوذپذیری تابعی از درجه حرارت خواهد بود.

اگر در این درجه حرارت ضریب  نفوذپذیری خاک را k بگیریم چون درجه حرارت معمولی آزمایشگاه حدود ۱۰ درجه است، رابطه زیر پیشنهاد شده است.


K = 0.86k27= 1.31 k10

رابطه تجربی پیشنهادی برای این ارتباط بر مبنای درجه حرارت ۱۰ درجه سانتیگراد که درجه حرارت متوسط معمولی طبقات کم عمق  زمین است به صورت رابطه زیر است:

Kt = k10(07,0.03t)

که در این رابطه، t درجه حرارت محیطی است که kt اندازه گیری شده بدیهی است که این رابطه، مقدار kt را برحسب k10 و بالعکس تعیین می کند.

از آنجا که بین ضریب نفوذپذیری و درصد پوکی یک نمونه خاک رابطه وجود دارد، بنابراین می توان بین ضریب نفوذپذیری خاک و دانسیته خشک رابطه ای در جهت عکس تصور نمود.

در عملیات راهسازی در کاربرد ماسه ها لازم است ضریب نفوذپذیری مینیمم که متناظر با دانسیته خشک ماکزیمم است به کار گرفته شود.


روش های تعیین ضریب نفوذپذیری نفوذپذیری خاک :

الف) روشهای مستقیم:

۱- روش آزمایشگاهی:
– روش هد ثابت
– روش هد متغیر

۲-روشهای صحرایی:
– نتایج آزمایش پمپاژ
– حفر چاههای نظاره
– دستگاه نفوذپذیری

ب) روش های غیرمستقیم:

۱- استفاده از نتایج آزمایش تحکیم و سه محوری
۲- استفاده از فرمولهای تجربی با استفاده از سایر خواص خاک e n D10 مانند و غیره.

از آنجایی که نتایج حاصل از این روابط برای خاکهای مختلف متفاوت می باشند، بنابراین می بایست در استفاده از آنها برای خاکهایی با شرایط تقریبا مشابه دقت بیشتری بعمل آورد.

این امر بدلیل عدم شناخت کافی و تعیین مدلهای ریاضی برای مقدار تأثیر فاکتورهایی غیر از تخلخل نظیر ن وع کانی، ساختار و دانه بندی خاک بر میزان نفوذپذیری می باشد.

به دلیل تأثیر عوامل متعدد بین مقدار نفوذپذیری، تعیین این ضریب شده در آزمایشگاه و مقدار نفوذپذیری خاک درمحل مشکل بوده و نیازمند مطالعات بیشتری می باشد.

رابطه حاکم بر تغییرات نفوذپذیری و تخلخل حاصل از نتایج آزمایشگاه، امکان تعیین ضریب نفوذپذیری خاک و با تعیین نسبت تخلخل خاک درمحل با داشتن درصد رطوبت و وزن مخصوص خاک، می توان بطور تقریبی مقدار نفوذپذیری را درمحل تعیین نمود.

البته تعیین دقیق این مقدار بدلیل تأثیر عوامل متعدد بین مقدار نفوذپذیری تعیین شده در آزمایشگاه و مقدار نفوذپذیری درمحل مشکل بوده و نیازمند مطالعات بیشتری می باشد.

این روابط تنها رابطه بین نفوذپذیری و نسبت تخلخل را در شرایطی که فاکتورهای تأثیرگذار دیگر ثابت باشند بیان می کنند و در مورد تأثیر دقیق دیگر فاکتورها بر مقدار نفوذپذیری و تعیین روابط ریاضی برای محاسبه این تأثیرات می باید مطالعات بیشتری صورت پذیرد.

محمد حسن دانشور
محمد حسن دانشور

دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی عمران گرایش ژئوتکنیک دانشگاه شیراز هستم امیدوارم بتوانم آموخته
های 7 سال تحصیل و پژوهش خود را در دانشگاه شیراز با شما دانشجویان و مهندسین عمران به اشتراک بگذارم

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

*