Evaluation of permeability of saturated clays based on their physical properties

This article presents the findings of a study that comprised laboratory investigations of hydraulic permeability of clays, comparison of measured coefficients of hydraulic permeability with the predicted coefficients obtained according to procedures proposed by different researchers, and the analysis of the influence of individual physical properties of researched materials on their hydraulic permeability. The results showed that the existing expressions for predicting hydraulic permeability of clays cannot be generally applied because they do not yield satisfactory results. Therefore, a new empirical expression for predicting this characteristic is proposed based on the finding that measured coefficients of hydraulic permeability basically depend on porosity and the size of clay grains. kopov gradbenih jam in za{~ite okolja pred onesnaženjem. Meritve prepustnosti zemljin, ki se izvajajo na terenu ali v laboratoriju, so razmeroma zahtevne in dolgotrajne. Želja raziskovalcev je zato razviti postopek, ki bi omogo~al oceno te lastnosti zemljin na osnovi drugih, lažje merljivih lastnostih. V literaturi tako zasledimo razli~ne obrazce, ki so zasnovani bodisi empiri~no ali teoreti~no na osnovi doi:10.5474/geologija.2007.034 488 Mojca @nidar{i~ & Bojana Dolinar znanih fizikalnih zakonov. Doslej predlagani postopki omogo~ajo zelo dobro oceno prepustnosti peskov in prodov, medtem ko za gline to ne velja. Cilj raziskave, opisane v prispevku, je bil zato poiskati model, ki bi omogo~al bolj{e napovedovanje te lastnosti vezljivih zemljin. Vodoprepustnost zemljin je odvisna predvsem od velikosti, oblike in vijugavosti kanalov, skozi katere pronica voda. Direktna opredelitev omenjenih lastnosti ni mogo~a, pri~akovati pa je, da se lahko izrazijo posredno s poroznostjo, velikostjo, obliko in razporejenostjo zrn ter vrsto mineralov. Na vodoprepustnost zemljin pa razen na{tetih vplivajo {e drugi dejavniki kot so stopnja zasi~enosti, kemi~na sestava vode, organske in druge primesi ter temperatura. Dolo~itev tistih fizikalnih lastnosti zemljin, ki v najve~ji meri pogojujejo njihovo vodoprepustnost in opredelitev razmerij med prepustnostjo in izbranimi lastnostmi je kompleksna in zahtevna naloga, ki zahteva sistemati~en pristop z upo{tevanjem dolo~enih omejitev. V obravnavani {tudiji prepustnosti smo tako izlo~ili ali poenotili vse tiste dejavnike, ki razen fizikalno kemi~nih lastnosti mineralov vplivajo na to lastnost. V ta namen smo uporabili monomineralne gline in njihove zmesi brez organskih in drugih primesi. Vsi vzorci so bili med preiskavami povsem zasi~eni, konstantna je bila kemi~na sestava uporabljene vode, prav tako pa upo{tevane tudi korekcije zaradi sprememb temperature. Zaradi osne konsolidacije vzorcev in plo{~ate oblike glinenih delcev so bila pri vseh meritvah zrna razporejena paralelno, pravokotno na smer toka vode. Spremenljivke pri preiskavah so bile poroznost vzorcev, vrsta preiskovanih glin in s tem specifi~na gravitacija, specifi~na povr{ina zrn in ionska izmenjalna kapaciteta. Tak pristop je zahteval skrbno izbiro preiskovanih vzorcev tako zaradi izbranih pogojev kot dejstva, da so morale biti njihove mineralo{ke lastnosti tako raznolike, kot jih najdemo v naravi (razli~na velikost glinenih zrn, nabrekljive in nenabrekljive gline). Pregled dosedanjih ugotovitev Pregled dostopne literature je pokazal majhno {tevilo raziskav, namenjenih ugotavljanju postopkov za oceno vodoprepustnosti vezljivih zemljin. Prav gotovo je najve~krat omenjena ena~ba (1), ki jo je predlagal Kozeny (1927) in kasneje modificiral Carman (1937).