آزمایش نفوذ پذیری (Permeability Test)
شماره استاندارد آزمایش
AASHTO 215-81 و ASTM D 2434-87
هدف آزمایش
تعیین ضریب نفوذپذیری خاک.
موارد کاربرد
برای آزمایش بر روی خاک های درشت دانه از آزمایش با بار ثابت و بر روی خاک های ریز دانه از آزمایش با بار افتان استفاده می شود.
به طور کلی خاک که به دلیل وجود فضاهای خالی مرتبط در داخل آن امکان جریان یافتن آب را از نقاط با انرژی بالا به نقاط با انرژی پایین فراهم می‌سازد، نفوذپذیر است. در مکانیک خاک بررسی جریان آب در داخل خاک نفوذپذیر دارای اهمیت است. این موضوع برای تخمین مقدار تراوش زیرزمینی در شرایط هیدرولیکی مختلف، جهت بررسی مسائل مربوط به پمپاژ آب در عملیات ساختمانی زیرزمینی و برای تحلیل پایداری سدهای خاکی و سازه‌های نگهدارنده خاک تحت نیروهای تراوش ضرورت دارد. نفوذپذیری امکان جریان آب از درون خاک اشباع است. نفوذپذیری زیاد بیانگر این است که آب با سرعت از درون حفرات خاک جریان می یابد. ضریب نفوذپذیری در آزمایشگاه با آزمایش هد ثابت (Constant head) یا هد افتان (Falling head) اندازه گیری می شود.
آزمایش نفوذپذیری با هد ثابت
این آزمایش برای تعیین ضریب نفوذپذیری ماسه ها و خاک های با نفوذپذیری زیاد به کار می رود. شکل زیر اصول آزمایش نفوذپذیری با هد ثابت را نشان می دهد. یک نمونه اشباع خاک در محل نمونه قرار گرفته و سپس اختلاف هد ∆h در طول آزمایش ثابت نگه داشته می شود. ضریب نفوذپذیری نمونه با رابطه زیر محاسبه می شود.
K: ضریب نفوذپذیری
V: سرعت جریان آب به خارج خاک
Q: حجم کل آب جمع شده در زمان t
A: سطح مقطع نمونه خاک
L: طول کل نمونه
∆h: اختلاف هد کل
t: زمان انجام آزمایش
اغلب آزمایش با یک بار (هد) انجام می شود و میانگین آزمایشات تعیین می شود.
آزمایش نفوذپذیری بار افتان
در حالت خاک های ریزدانه باید از آزمایش نفوذپذیری با ارتفاع افتان استفاده شود. در مورد خاک های ریزدانه معمولا آزمایش بر روی نمونه های دست نخورده انجام می شود و ممکن است که استوانه آزمایش همان لوله نمونه گیر باشد. طول نمونه برابر 1 و سطح مقطع آن برابر A است. در طرفین نمونه خاک صفحات فلزی مشبک قرار داده می شود و لوله باریکی به سطح مقطع a به بالای استوانه متصل می شود. آب به داخل مخزنی با سطح آب ثابت جریان پیدا می کند. لوله باریک را پر از آب کرده و مدت زمان لازم t که ارتفاع آب در این لوله از h0 به hf کاهش پیدا میکند اندازه گرفته می شود. در هر لحظه t ارتفاع سطح آب در لوله برابر h و سرعت تغییرات آن برابر dh/dyاست. در لحظه t بار آبی بین بالا و پایین نمونه برابر h است و بنابر قانون دارسی نتیجه می دهد :
K: ضریب نفوذپذیری
A: سطح مقطع داخلی نمونه
L: طول نمونه
h0: ارتفاع اولیه آب مقطر در لوله
hf: ارتفاع نهایی آب مقطر در نمونه
t: زمانی که طول می کشد ارتفاع آب از h0 به hf برسد.
شکل مقابل اصول آزمایش نفوذپذیری با با هد افتان را نشان می دهد.