Huokosvedenpaine

Missä tahansa pisteessä pohjavedenpinnan yläpuolella vadoosivyöhykkeessä efektiivinen jännitys on suunnilleen yhtä suuri kuin kokonaisjännitys, kuten Terzaghin periaate osoittaa. Todellisuudessa tehollinen jännitys on suurempi kuin kokonaisjännitys, koska huokosveden paine näissä osittain kyllästyneissä maaperissä on itse asiassa negatiivinen. Tämä johtuu pääasiassa siitä, että huokosveden pintajännitys huokosveden onteloissa koko vadoosivyöhykkeessä aiheuttaa imuvaikutuksen ympäröiviin hiukkasiin eli matrisen imun. Tämä kapillaarivaikutus on ”veden liikettä ylöspäin vadoosivyöhykkeen läpi” (Coduto, 266). Lisääntynyt veden tunkeutuminen, kuten rankkasateiden aiheuttama tunkeutuminen, johtaa matrisen imun vähenemiseen maaperän veden ominaiskäyrän (SWCC) kuvaaman suhteen mukaisesti, mikä johtaa maaperän leikkauslujuuden vähenemiseen ja rinteen vakauden heikkenemiseen. Kapillaarivaikutukset maaperässä ovat monimutkaisempia kuin vapaassa vedessä, koska maaperässä on satunnaisesti kytkeytynyttä tyhjää tilaa ja hiukkasia, joiden läpi virtaus tapahtuu; tästä huolimatta kapillaarisen nousun vyöhykkeen korkeus, jossa negatiivinen huokosveden paine on yleensä korkeimmillaan, voidaan lähentää yksinkertaisella yhtälöllä. Kapillaarisen nousun korkeus on kääntäen verrannollinen veden kanssa kosketuksissa olevan tyhjän tilan halkaisijaan. Näin ollen mitä pienempi on tyhjä tila, sitä korkeammalle vesi nousee jännitysvoimien vaikutuksesta. Hiekkamaat koostuvat karkeammasta materiaalista, jossa on enemmän tilaa ontelotiloille, ja sen vuoksi kapillaarivyöhyke on yleensä paljon matalampi kuin koheesiomaiden, kuten saven ja silttimaiden, kapillaarivyöhyke.

LaskentayhtälöEdit

Jos hienorakeisissa maalajeissa pohjaveden pinta on syvyydellä dw, huokospaine maanpinnalla on:

p g = – g w d w {\displaystyle p_{g}=-g_{w}d_{w}}} ,

jossa:

• pg on kyllästymättömän huokosveden paine (Pa) maanpinnalla,
• gw on veden yksikköpaino (kN/m3),

g w = 9,81 k N / m 3 {\displaystyle g_{w}=9,81kN/m^{3}}

• dw on pohjavedenpinnan syvyys (m),

ja huokospaine syvyydellä z pinnan alapuolella on:

p u = g w ( z – d w ) {\displaystyle p_{u}=g_{w}(z-d_{w})} ,

jossa:

• pu on kyllästymättömän huokosveden paine (Pa) pisteessä, z, maanpinnan alapuolella,
• zu on syvyys maanpinnan alapuolella.

Mittausmenetelmät ja standarditEdit

Tensiometri on laite, jota käytetään matrisen vesipotentiaalin ( Ψ m {\displaystyle \Psi _{m}} ) (maaperän kosteusjännitys) määrittämiseen vadoosivyöhykkeessä. ISO-standardissa ”Maaperän laatu – Huokosvedenpaineen määrittäminen – Tensiometrimenetelmä”, ISO 11276:1995, ”kuvataan menetelmät huokosvedenpaineen määrittämiseksi (pistemittaukset) kyllästymättömässä ja kyllästyneessä maaperässä tensiometrien avulla. Sovelletaan kentällä tehtäviin in situ -mittauksiin ja esim. kokeellisissa tutkimuksissa käytettäviin maasydämiin.” Siinä määritellään huokosvedenpaine ”matrisen paineen ja pneumaattisen paineen summaksi”.

Matrinen paineEdit

Työn määrä, joka on tehtävä, jotta palautuvasti ja isotermisesti voidaan kuljettaa palautuvasti ja isotermisesti äärettömän pieni määrä koostumukseltaan maaperän veden kanssa identtistä vettä altaasta, joka sijaitsee tarkasteltavana olevan pisteen korkeusasemassa ja ulkoisella kaasunpaineella, maaperän veteen tarkasteltavana olevassa pisteessä, jaettuna kuljetettavan veden tilavuudella.

Pneumaattinen paineEdit

Työn määrä, joka on tehtävä, jotta palautuvasti ja isotermisesti voidaan kuljettaa äärettömän pieni määrä koostumukseltaan maaperän veden kanssa identtistä vettä ilmakehän paineessa ja tarkasteltavan pisteen korkeudella olevasta altaasta samankaltaiseen altaaseen, jonka ulkoinen kaasunpaine on tarkasteltavan pisteen korkeudella, jaettuna kuljetetun veden tilavuudella

.