透係數並進行比較
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細部過程分述如下:
1、、、實驗裝置組裝及裝置土樣、實驗裝置組裝及裝置土樣實驗裝置組裝及裝置土樣實驗裝置組裝及裝置土樣::::
先組裝好滲透儀底部即底蓋、環封及主體部分,環封要注意使進 入底蓋的溝槽內,才能密合;接著放入已用濕相液體(水、95無鉛汽 油、柴油)飽和過的陶瓷片,再將底蓋之溢流口連接至玻璃量管(濕相 液體為水時)或PID(濕相液體為95無鉛汽油、柴油時)。
土樣的準備是採用溼潤土壤夯壓重塑法的方式製作土樣,再將土 樣分層夯實裝入鋼模中。為了保持土樣的一致性,仍是採取控制相對 密度為60%來製作土樣,使用的乾土重分別為渥太華重814 g、寶二 水庫現地土樣重716 g。裝好土樣的滲透儀,可先在頂蓋尚未蓋上時 加入濕相液體飽和並靜置,使試體內的氣泡冒出,並加速飽和時間。
等到試體上方再無氣泡冒出,且試體表面濕潤,紀錄所加水之體積(若 濕相液體為有機液體時,則於飽和全部完成後,以整個滲透儀鋼模進 行秤重,藉由已知液體的密度和滲透儀體積去求得初始體積含液 比)。
2、、、裝置隔膜、裝置隔膜裝置隔膜裝置隔膜儲儲儲儲液儀液儀液儀液儀((((PID))))::::
將隔膜儲液儀裝置完畢,頂蓋的三向閥門一接真空抽氣機,ㄧ接 氣壓機;底蓋的三向閥門一接濕相液體(水、95無鉛汽油、柴油)的來 源,一接連接試體的管子(鐵氟龍管)。利用閥門的控制,將濕相液體 抽入儲液室中,再利用氣壓機將液體住滿管子,並接上滲透儀下方溢 流口。
3、、、試體飽和、試體飽和試體飽和試體飽和::::
土樣裝置完成之後,將隔膜儲液儀裝置完畢後,再利用氣壓機並 調整壓力控制盤以0.1 bar的氣壓將液體注滿管子,並接上試體使試體 飽和,至少放置24小時以上以確保試體能完全飽和,此時先不將滲透 儀之頂蓋組裝以免試體內之空氣無法排出,待試體表面有液體溢出時,
再將頂蓋(包含陶瓷片)部分,連同螺絲,一起組合完畢再持續飽和一 段時間,此時亦可將滲透儀旁邊的進氣孔閥門打開,讓一些空氣得以 排出,可增加土樣的飽和度。
在此飽和階段中,液體亦會經由滲透儀側壁,上、下兩個量測水 頭差的陶瓷頭流至與其粘接的鐵氟龍管管線中,此時可不必在意;惟 於飽和完畢,欲將滲透儀整組秤重時,記得將鐵氟龍管管管線中的液 體先去除,以免高估飽和度。
4、、、側壁通氣孔的處理、側壁通氣孔的處理側壁通氣孔的處理側壁通氣孔的處理
當進行不飽和滲流時,則將此通氣孔(如圖3.15)打開,讓空氣進 入使成一不飽和狀態(當所需的張力更大時,此孔亦是空壓系統壓力 進入之處);當滲流液體為有機液體時,為避免揮發量過大,則於通 氣孔再連接一鐵氟龍管,將鐵氟龍管浸沒於水中,每隔一段時間須將 管子拉出、將水甩除,讓空氣能持續進入土樣中造成不飽和狀態,也 可盡量減少有機液體揮發的影響。若侵入之非濕相液體為有機液體而 不是空氣時,則側壁的通氣孔必須連接一充滿有機液體的隔膜儲液儀 (PID)。
5、、、進行試驗及紀錄、進行試驗及紀錄進行試驗及紀錄進行試驗及紀錄::::
首先進行飽和時之導水度量測:
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在進行水對空氣及水對95無鉛汽油導水度試驗時,調整三向閥開 關形成試體-幫浦-試體的通路(如圖3.3、3.7所示) ,開啟蠕動幫浦
(Peristaltic pump)進行低流量滲流並量測連接於側壁上兩細玻璃管之
間的高度差將數值代入達西定律便可以求得飽和時之導水度ks 。 在進行95無鉛汽油對空氣及柴油對空氣導水度試驗時,調整三向 閥開關形成試體-PID-幫浦-PID-試體的通路,開啟蠕動幫浦
(Peristaltic pump)進行低流量滲流並量測連接於側壁上兩細玻璃管之
間的高度差將數值代入達西定律便可以求得飽和時之導水度ks。 接著進行不飽和滲流部分:
在進行導水度試驗時,選擇試體中央部份為基準點,先將上下管 之水面置於基準點之下,上管的水面跟下管一樣高,使試體上下都受 到張力,此時試體中央所受到的張力值為兩管張力的平均值,再逐漸 增加此高度差(張力值)通常可分為張力T=10、20、30、40、50、60 cm 等階段。觀察上下管的液面變化並加以紀錄,同時紀錄旁邊兩細玻璃 管的高度差,當兩細玻璃管水位高度趨近相等時,代表試體達到某階 段之張力值。利用上下管的液面變化可得知非濕相侵入量,得之濕相 液體在某張力值下的體積含水比,進而得知該試驗的保持曲線。當張 力平衡時,調整三向閥開關形成試體-幫浦-試體或試體-PID-幫 浦-PID-試體的通路,開啟蠕動幫浦(Peristaltic pump)進行低流量滲 流並量測連接於側壁上兩細玻璃管之間的高度差將數值代入達西定 律便可以求得非飽和時之導水度k。通常,在幾十公分的張力值之間,
可盡量利用上述控制液面高低差的方法來施加張力,較為精確;若張
力值超過100 cm水頭以上,便可以將側壁通氣孔接上空壓機,改用空
壓機來增加張力值,減壓步驟則剛好相反。
圖3.12 滲透儀裝置組裝完成圖
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圖3.13 U型管連接示意圖
圖 3.14不同氣壓下陶瓷片孔隙內凹面變化情形(黃進富, 1996)
圖3.15 側壁通氣孔示意圖
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3.3.3 導水度試驗操作步驟與方法導水度試驗操作步驟與方法 導水度試驗操作步驟與方法導水度試驗操作步驟與方法 飽和試體導水度試驗之操作步驟為:
1. 將飽和土樣置於兩相度滲流系統中(如圖3.4~3.7所示),開啟 蠕動幫浦分別以0.5、1、1.5 rpm 轉動速率來提供三種低流量 滲流。
2. 利用連接於側壁上兩細玻璃管來觀測滲流進行時,試體上下固 定距離之間的水頭差(即是水力梯度i),當水頭差達到穩定時,
表示試體達到穩態滲流。
3. 分別將蠕動幫浦提供流量q、穩態滲流時量測的水頭差h 及試 驗試體的截面積A,帶入達西定率 q = k i A,及可求得試體飽 和時的導水度k 並記錄其值。
4. 調整蠕動幫浦的轉動速率,提高流量進行滲流,重複步驟2 至 3 可得到不同滲流量,飽和試體的導水度 k,來驗證所量測導 水度k 的可靠性。
非飽和試體導水度試驗之操作步驟為:
1. 轉動三向閥關關切斷蠕動幫浦滲流通路(如圖3.4~3.7所示),
並打開試體側邊的通氣孔,選擇試體中央部份為基準點,先將 連接於上下溢流口之玻璃量管置於基準點之下,上管的水面跟 下管一樣高,使試體上下都受到張力,此時試體中央所受到的 張力值為兩管張力的平均值。
2. 觀察上下玻璃量管的液面變化並加以紀錄,同時紀錄旁邊兩細 玻璃管的高度差計算飽和度,當兩細玻璃管水位高度趨近相等
時,代表試體達到某階段之張力值。利用上下玻璃量管的液面 變化可得知非濕相侵入量,得之濕相液體在某張力值下的體積 含水比。
3. 當張力平衡時,調整三向閥開關形成試體-幫浦-試體或試體
- PID-幫浦-PID-試體的通路,開啟蠕動幫浦分別以0.5、
1、1.5 rpm轉動速率來提供三種低流量滲流。
4. 利用連接於側壁上兩細玻璃管來觀測滲流進行時,試體上下固 定距離之間的水頭差(即是水力梯度i),當水頭差達到穩定時,
表示試體達到穩態滲流。
5. 分別將蠕動幫浦提供流量q、穩態滲流時量測的水頭差h 及試 驗試體的截面積A,帶入達西定率 q = k i A,及可求得試體非 飽和時的導水度k 並記錄其值。
6. 調整蠕動幫浦的轉動速率,提高流量進行滲流,重複步驟4 至 5 可得到不同滲流量,非飽和試體的導水度k,來驗證所量測 導水度k 的可靠性。
7. 利用步驟1 的方法,再降低濕相液體體積含水比,待平衡後,
進行下一階段滲流試驗並重複步驟3 至6。
8. 濕相飽和度降低至預期之殘餘飽和度時,步驟1 中改為液體回 吸,逐步提高飽和度,進行導水度試驗。完成試驗張力值回到 0,拆解試體,並量測試體的飽和度(濕相液體的含量)。
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3.3.4 蠕動幫浦原理與功能蠕動幫浦原理與功能蠕動幫浦原理與功能 蠕動幫浦原理與功能
本試驗採用蠕動幫浦(圖 3.16)控制流經試體的水之流量。蠕動幫 浦的構造簡單,透過控制滾輪轉速,擠壓滾輪中間的塑膠管線,壓出 管線中的液體。藉由更換管線來調整較大的流量變化,並藉由控制滾 輪轉速微調流量。
如圖3.17所示當馬達軸心旋轉時,軸心周圍的滾輪壓住內有液 體的管道。在兩個滾輪之間的液體將隨著滾輪的移動而移動。當滾輪 轉動越快時,液體流動的速度越快。由於液體的流動的同時在管道中 也形成壓力差,所以當液體流速越快時,壓力產生的速度也加快,當 流速越快時,既使尖端的抽吸入口沒有堵塞住,也會因為抽吸入口的 直徑所形成的阻力而在尖端形成負壓(尤其是I/A tip的抽吸入口為 0.3 mm,比內徑為0.9 mm的 phaco tip更容易發生此現象)。尖端的 負壓也和 ASP管道的內徑及長度有關,內徑越大、長度越長,其負 壓上升速度越慢。但在低流速時,此效應不明顯可忽略不計。
本次試驗的蠕動幫浦是 WASTON-MARLOW 英國公司製造,
型號為205 CA,其操作面板功能有觸壓防水按鈕、LCD數字顯示轉
速 rpm。內部構造有十支不鏽鋼的轉軸,其中有五個轉軸持續與蠕動 管接觸,並搭配四種可換式轉頭及8個通道,每各通道有獨立的壓管 匣。本機器具有引流裝置,可預防管子破裂時,液體流出不會使機器 的馬達受損,蠕動管操作範圍為內徑0.13 mm~2.79 mm,蠕動幫浦 提供流量大小是取決於轉速高低及蠕動管徑的大小(如下表3.3所示)。
這次試驗採用管徑為內徑約為1.29 mm的蠕動管,利用最低轉速0.5 rpm提供的流量約為每秒0.0005 ml。