Prom. Nr. 3526
Kapillarität
und
Sickerströmung in un¬
gesättigten, nichtbindigen Böden
Von der
EIDGENÖSSISCHEN TECHNISCHEN HOCHSCHULE
IN ZÜRICH
zur
Erlangung
der Würde eines Doktors
der technischen Wissenschaften
genehmigte
PROMOTIONSARBEIT
vorgelegt
von
Kurt Lecher
Dipl.-Ing.
Osterreichisoher
Staatsangehöriger
Referent: Herr Prof. Dr. H.
Grubinger
Korreferent: Herr Prof. G. Schnitter
Hanno»! 1964
Druckerei der Tiertntliehen Hoch»chole rUnnorer
Erscheint
der
als
Nr.
63
Mitteilungen der Versuchsanstalt für Wasserbau
an
der
Eidgenössischen Technischen
Hochschule
und Erdbau
in Zürich
Vorwort
vorliegende Dissertation
Die
fang 1964 unter
am
DDr.
und
H.
bin
an
der
ich
Herrn
ETH
A.
hier
der
Herrn
Herr
für
VAWE
Ing.
Arbeit
Herrn
Prof.
Eidg.
Anstalt
Dr.
Fotografen E.
der
selbst
Arbeit
Richard
F.
für
Frau
wissenhafte
Diese
danke
danke
forstliche
das
Jubiläumsfond
dessen
mann,
Herrn
Ebenso
ihrer
gab
K.
wegen
Brügger
den
ich
hervorragenden
Die
erwähnen.
und
Hepp,
und
möchte
H.
Künzi
das
des
ich für
die
Erlaubnis,
Versuchswesen
ausge¬
in
ist
zu
dürfen.
mehrfache
Umschreiben
der
ETH
nicht
ganz
und
die
ge¬
Manuskriptes.
großzügige Finanzierung
Herrn
der
an
in,Birmensdorf/ZH
die
1930
dafür
und
beim Modellbau
ohne
Präsidenten,
sei
für
ich
Reinschrift
Arbeit wäre
(VAWE)
festzustellen.
Vergleichsmessungen durchführen
Meiner
VAWE
Einsatz
der Versuchsrinne
beim Aufbau
seinen Mitar¬
Erdbau
Insbesonders
verpflichtet.
der
Zeller viele wertvolle Anregungen.
Andrioli
Herrn
Prof.
Initiative
danken.
und
ausgeführten Versuchen gedankt.
und
Grubinger
Herrn
seine
sowie
für Wasser-
unermüdlichen
ihren
H.
Technischen
möchte
herzlichst
Werkstättenmeister der
Aschwander
Facharbeit
J.
DDr.
An¬
erfolgreichen Abschluß
Schnitter
G.
besonderem Dank
zu
Baumer,
zeichnete
Prof.
Ich
Stelle für
beigetragen hat,
Herrn
Prof.
bis
1961
Eidgenössischen
zum
der Versuchsanstalt
Abteilungschef
der
dieser
an
Frühjahr
ausgeführt.
Zürich
auch
wesentlich
beitern
an
in
Grubinger
Weiters
sei
der
tatkräftige Förderung, die
Arbeit
an
von
(ETH)
Hochschule
vom
Herrn
Anleitung
Kulturtechnik
der
für
Institut
wurde
zustandegekommen.
Schulratspräsident Prof.
besonders
gedankt.
durch den
Diesem
sowie
Dr.
Pall-
H.
Inhaltsverzeichnis
Seite
Einleitung
5
Begriffsbezeichnungen
7
Stand
Derzeitiger
2.
Zusammenstellung
3.
Beschreibung der Versuchseinrichtung
durchgeführten
der
10
Problemstellung
und
1.
14
Versuche
und
des
Versuchs¬
materials
16
3.1.
Versuchsrinne
16
3.2.
Versuchssande
19
3.3.
Verwendetes
45
3.4.
Farbstoff
Wasser
zur
Strömungsdarstellung
48
4.
Kapillare Steighöhe
52
5.
KapillarSpannung
64
6.
Sättigungsverteilung
7.
Sickerströmung
8.
9.
über
Kapillarsaum
den
Kapillarsaum
im
68
79
79
Stand
7.1.
derzeitiger
7.2.
Hauptversuche
88
7.3.
Auswertung
97
Kontrollversuche
Ergebnisse
und
9.1.
Ergebnisse
9.2.
Diskussion
9.3.
zur
Bestimmung
der
kapillaren Durch¬
lässigkeit
115
Schlußfolgerungen
Folgerungen
111
115
und
Vergleich
mit
den bisherigen
Untersuchungen
117
120
Seite
10.
Zusammenfassung
11.
Literaturverzeichnis
Anhang:
Strömungsbilder der Hauptversuche
122
131
Einleitung
Gesetzmäßigkeiten
Die
durch
das
Filtergesetz
niert
man
das
Porenraum
das
dem
folgt
den
ist
ein
dem
Grundwasserspiegel
wird
als
Kapillarsaum bezeichnet.
Ihre
Die
sind
der
Intensität
der
Dreiphasensystem
aus
sprechendem Gefälle
aber
u.U.
auch
sehr
wesentlich
Oberfläche
in
aus
der
Luft
und
den
von
Was¬
Poren¬
Bodenkörner
der
Saugspannung-
Bodens
Kapillarsaum,
diesem
Wasser
ka¬
mit
der
Sorptionskurve des
Boden,
eine,
alle
die
Für
Poren
(Molekularkräfte)
Wasserbindung wird
der
beobachten.
zu
kapillar hochge¬
mit
mehr
Kräfte
spezifischen
beobachtet, daß
nun
Sättigung
Grobporen
Wasseranstieg
nicht
der
andere
nun
Wassergehaltslinie bzw.
hat
bei
Auswirkung hängt
und
querschnitten
erkennbar.
der
darstellt,
ein
bei
ent¬
Grundwasserströmung gleichgerich¬
langsamere Strömung
unter
des
stehen¬
Spannung
Kapillarwassers besteht.
Die
Tatsache
lik
der
dieser
Kapillarströmung
Grundwasserströmung
Großes
besteht
ist
in
der
durchlüftete
die
Bodenmelioration;
Kapillarsaum
Wurzelsysteme
benswichtige
Umsatz
von
in
Wasser
und
und
und
hat
für
die
zum
anderen
praktisches
doch
den Böden
entwickeln
einmal
ist
interessant
Baugrundfragen einige Bedeutung.
sich
in
Wasser
sind,
defi¬
spannungsfreien
volle
jedoch
maßgebend.
den
setzt
über
gefüllt
tete,
und
im
Schwerkraft.
der
pillare Wasserbewegung,
Man
folgende,
Bodenwasser
Strömungsbereich
Grundwasser
Bereich
zogenem
ab.
Als
feinen Poren
Dieser
ser
laminaren
erfaßt.
Darcy
von
sind
Grundwasserströmung
den
Grundwasserspiegel
Sickerwasser
den
für
Schwerkraft
der
nur
normalen
und
zirkulierende
Über
voraus.
In
der
wesentlichen bekannt
im
das
der
bei
Interesse
ungesättigte,
Medium,
in welchem
Nährstoffen
Hydrau¬
in welchem
sich
der
vollzieht.
le¬
Dazu
5
Entwässerung hochkapillarer Böden noch ein
die
daß
kommt,
gelöstes Problem darstellt,
die
Verhinderung der
angehobenes Kapillarwasser in ariden
durch
Bodenversalzung
ebenso wie
un¬
Zonen.
Um
diesem
komplexen Problem
vorgeschlagen,
Kapillarströmung
der
in
vorerst
näher
nichtbindigen
zu
Böden
kommen,
wurde
die
Grundwasserströmung gleichgerichtete Kapillarströmung
zu
der
untersuchen.
Länge
und
stellen
dene
1,0
Es
Höhe
m
gebaut,
Als
gestattet.
Quarzsande
dafür
wurde
eine
Versuchsrinne mit
Gefälle
die
Versuchsmaterial
0
von
bis
45
f>
m
einzu¬
dienten vier verschie¬
entsprechend variablen kapillaren
mit
4,5
Steig¬
höhen.
Störfaktoren durch
schalten;
weiters
und
Modellwänden
renzen
Diese
in
zu
des
waren
der
von
die
Klarstellung
den
und
verstreut
vorliegen,
tieren.
als
Dieser
aus
un¬
auszu¬
Randeffekten
an
den
Böden
über
Übersicht
zu
Durchlässigkeitsmessungen
dem
Grundwasserspiegel
unter
Feldbedingungen weitgehend entsprechen.
waren
Autoren,
sammeln
bedeutende
Grundlage
bindigen
Höhe
verschiedenen
von
6
Einflüsse
waren
Viskositätsänderungen durch Temperaturdiffe¬
suchungen
auch
die
beim Einbau
Versuchseinrichtung erlaubte
Verhältnissen,
an
Materials
kontrollieren.
Abhängigkeit
Zur
im Versuchssand bzw.
Luftabscheidung
gleiche Verdichtung
Teil
für weitere
dienen.
und
der
ferner
zahlreiche
die
der
in
stichwortartig
vorliegenden
Untersuchungen,
Unter¬
Literatur
zu
Arbeit
weit
disku¬
soll
insbesondere
Begriffsbezeichnungen
Symbol
Dimension
Begriff
Einheit
a
Radius
der
Kapillare
L
mm,
b
Breite
der Versuchsrinne
L
cm
d
Korndurchmesser, Porendurchmesser/grain
size, pore size/diametre des grains,
des
L
pores
Korndurchmesser/effective
size/taille effective
U,
cm
mm,
cm
wirksamer
d
w
grain
L
e
Porenziffer/void ratio/indice
f
Fläche
L2
Erdbeschleunigung/acceleration due to
gravity/acceleration de la pesanteur
LT
g
h
c
kapillare
hydraulisches
k
absolute
k
vides
relative
Gefälle/hydraulic
gradient
Durchlässigkeit/intrinsic
per-
Durchlässigkeit für Wasser
u
kapillare Durchlässigkeit (Durchlässig¬
keit im ungesättigten System)
w
Durchlässigkeit (Durchlässigkeit für Was¬
im vollgesättigten System)/hydraulic
ser
k
cm
2
cm
-2
_2^
L
capillaire
meability
rw
k
mm,
dimensionslos
cm.s
Steighöhe/capillary heigh/
l'hauteur d'ascension
i
00
des
cm
dimensionslos
L2
2
2
mm
cm
,
dimens ionslos
LT-1
cm.s
conductivity/conductivite hydraulique
LT-1
cm.s
1
Länge
L
cm,
n
Porenvolumen/porosity/porosite
dimens ionslos
P
Saugspannung/tension/tension
q
r
m
WS
cm
L^MT"2
Pc
i,*
f*"
-2
-1
cm
.g.s
Kapillarspannung/capillary pressure/
tension
capillaire
Durchflußmenge/volume
time/debit
Radius/radius/rayon
L
of
flow per unit
WS
cm
L_1MT~2
cm
lV1
cm
L
-2
-1
.g.s
3
mm,
-1
.s
cm
7
Symbol
Begriff
Zeit/time/temps
t
Einheit
Dimension
T
sec,
V
Vf
LT-1
cm.s
Filtergeschwindigkeit
LT-1
cm.s
tent/teneur
X,
z
en
eau,
moisture
dimensionslos
L
dimensionslos
Diffuslonskoefflzient/diffusivity/
Eckigkeitskoefflzient/coefficient
gularity/coefflcient d'angulante
of
K
Konstante
M
Kapillarpotential/capillary potential/
th
0
L
Oberflache/specific surface/
specifique
theoretische
wirkliche
spezifische Oberflache
spezifische Oberflache
°z
spezifische Oberflache
p
Druck, Saugspannung
|
e
nach
-1
erg.g
L2T"3
cm
2
lV1
cm
A"1
cm
s
0
Sättigung,
bei
lässigkeit
den Wert
der die
kapillare
null
*J
Gravitationspotential/gravitational
tential/potentiel newtomen
Reduktionsfaktoren
.cm
WS
cm
-2
-1
.g.s
cm
1
of
dimensionslos
L3
po-
3
cm
L2T"2
-1
erg.g
dimensionslos
1
8
-3
cm
dimensionslos
s
z
-1
.g
2
|
Durch¬
durchflossenes Sandvolumen
V
.g
dimensionslos
1
dimensionslos
erreicht
Ungleichformigkeitsgrad/coefflcient
umf ormity/coef f lcient d 'umf ormite
u
-1
2
L
Reynoldsche Zahl/Reynold's number/
nombre de Reynolds
-3
.cm
2
L2L"3
Zunker
Sattigung/saturation/saturation
S
2
cm
L2T"2
L-1MT~2
R
s
dimensionslos
spezifische
surface
.
dimensionslos
T2
Flache, Probenquerschnitt
r
-1
cm
an-
F
0
2
lV1
diffusivite
EK
cm
für Form und
Beiwert
Anordnung der Bodenteilchen
D
-1
con-
taux d'humidite
Ordinaten
Carman-Konstante,
C
-1
Geschwmdigkeit/velocity/vitesse
Wassergehalt/water content,
w
min,
Tage
h,
Symbol
Begriff
Dimension
—2
fd
—2
Trockenraumgewicht
spezifisches
Gewicht des
Wassers
(Zähigkeit)/
viscosity/viscosite
L~2MT
L
-1
MT
dynamique
Q
g.cm
-11
—2
.
s
.
s
—2
2
L"2MT-2
dynamische Viskosität
absolute
—2
g.cm
spezifisches Gewicht des Sandes/specific
weight of sand/poids specifique du sable
U
Einheit
—2
—2
—2
g.cm
.s
-1
g.cm
.s
-1
poise
Benetzungswmkel
zwischen
Flüssigkeit
Rohrwandung/contact angle between
liquid and tube/angle de contact
und
liquide-solide
kinematische Viskosität
kmematic
viscosity/
(Zähigkeit)/
viscosite
(Winkelgrad)
lV1
Wasser-Luft/intertension/tension superflcielle
Oberflachenspannung
facial
-1
s
.
stokes
cinematique
Dichte/density/densite
2
cm
ML
-3
-3
g.cm
,-2
MT
g.s
dyn.cm
Gesamtpotential/total potential/
Potential total
Winkelgeschwmdigkeit/angular velocity/
vitesse
angulaire
lV2
-1
erg.g
-1
1.
Derzeitiger Stand und Problemstellung
Derzeitiger Stand
1.1.
Grundlage
Die
bildet
saum
Hohe
die
besteht
des
bereits
Wasser
sind,
daß
der
Wollny
tritt,
je
ist
grobkörniger
Verschiedene
Autoren
kapillaren Steighohe
(l927 a),
Die
Werte
Versuche
angewiesen
Wesentlich
blem
zu
der
je
langsamer erfolgt,
diese
Boden
der
(l94l),
daß
daß
eher
umso
Formeln
so
Public
die
Terzaghi
diese
(1924),
Zunker
Roads
Administra¬
(Terzaghi/Peck,
Formeln
genauen
zur
Abhängigkeit
nur
uberschla-
Bestimmung
auf
Es
von
zu
erfassen
gibt
der
hier
in
keine
das
ist
Sattigungsverteilung
über
Formel,
verschiedener
berechnen.
Pro¬
den
den
Hohe
Wasserspiegel vorhandenen Saugspannung auch
zu
der
Berechnung
zur
z.B.
sind.
sergehalt
naherungsweise
ein¬
ist.
und
wir
daß
hoher das
je
Verzögerung
entwickeln,
(S-W-Linie).
10
(1884)
darüber Ver¬
die
feststellen,
Wassergehalts- bzw.
freien
Sanden
Bodenteilchen
daß
Kapillarsaum
dem
ersten,
schwieriger mathematisch
in
in
die
zeigt,
und
liefern
Wasser
nur
versuchten,
Carman
Erfahrung
von
feiner
(nach Valle-Rodas, 1944)
1948).
gige
der
konnte vorerst
umso
und
den
zu
steigt,
Anstieg
gestiegen
Kozeny
gehören
hoher
umso
Wasser
tion
und
umfangreiche Literatur. Wollny
eine
anstellten.
suche
das
kapillaren Aufstieges
(l908)
Atterberg
und
Bestimmung
Kapillar¬
im
kapillaren Steighohe
der
vorhandenen Wasserverteilung.
darin
Über
Untersuchung der Sickerstromung
der
die
Was¬
über
nur
Für
Bestimmung
versuchstechnische
die
hen verschiedene Verfahren
sche
(Day
Ermittlung
Delarue
1937;
u.a.,
1943
Fireman,
Donat,
196l),
bestimmte
(1856)
Darcy
ist
1948)
einzelnen
und
(Labor
die
schlug
Sickerströmung
im
dem
Corey,
van
der
(Richards
und
a;
Druckmembranapparat
dem
sind
Feld)
oder
in
für
jeweils
beschränkte
und
verwendbar.
die
Filtergeschwindigkeit
ungesättigten
Wassergehalt
kapillare
1951;
(Fischer,
Gefälle
zum
der
von
ab.
Bereich
Bodenart,
Buckingham
Durchlässigkeit
mit
dem
der
gesät¬
Richards
für
auch
die
kapillare
Die
vor.
im
v„
i.
Anwendung des Darcy-Gesetzes
Durchlässigkeit hängt
und
1948),
1938
Verfahren
tigten Medium direkt proportional
(l93l)
Sekera,
b;
a,
mit
u.a.,
Prehn,
Drucktopfapparat
Anwendungsgebiete
Saugspannungsbereiche
Nach
1937
1961;
elektrischen
des
(Leverett, 1941),
und
ste¬
gravimetri-
Felitsiant,
(Bouyoucos
(Slobod
mit dem
Die
d'ie
Kapillarimetertypen
Richards,
a;
(Richards, 1947).
"S-W-Linie"
so
Messung
Sandwichelementen
den verschiedenen
Eamsauer,
1953;
durch
der Probe
Zentrifugenmethode
der
Harst
Luthin,
entlang
Gipsblöcken bzw.
1959),
Verfügung;
zur
1962),
Mariotti,
und
Potentialabfalles
mit
und
dieser
Lagerungsdichte
(1907) zeigte,
daß
die
der
Größe
und
Wassergehalt
der
Bodenporen als Folge der damit verbundenen Vergrößerung
des
Durchflußquerschnittes
lässigkeiten
nen
Autoren
lare
wird
erreicht
haltsabnahme
mehr.
null
der
Die
und
die
bald
Moore
voller
(1939)
die
fand
weitere
Bei
von
die
ist
verschiede¬
der
Nimmt
rasch
weiterer
dabei
Flüssigkeitsbewegung
Durch¬
größte kapil¬
Wasser¬
kleiner
Wasserge¬
kapillare Durchlässigkeit
kapillare Durchlässigkeit
Dampfphase
wurden
kapillare Durchlässigkeit
sich
kleinen
extrem
Sättigung.
einen Minimalwert.
ändert
eine
Die
geringem Wassergehalt
festgestellt.
Durchlässigkeit bei
gehalt ab,
und
bei
zunimmt.
nicht
praktisch gleich
kann
nur
mehr
in
erfolgen.
11
Als weitere
Medium
wurde
geführt.
der
Kenngroße der Sickerstromung
Dieser
Dimension
vom
/s
cm
Wassergehalt
(1952),
Gleichung.
Gardner
Für
die
Kap.
bestehen
Art
ein
(195L),
wie
ten
Medium
ist
verständlich,
von
Großteil
der
den
wobei
nen
USA,
nachruckte.
Rethati
12
durch
und
bestimmten
Nielsen und
Biggar
daß die
(i960),
(l96l).
kapillare
abhangt,
mathematisch
die
die,
wie
erfaßbar
Dies
Durch¬
z.B.
sind.
stammt
Erdolforschung Wesentliches beisteuerte.
lediglich England
wahrend
Ungarn sind
Horvath
u.a.
ungesättig¬
im
mit
Holland
in
Childs
und
jüngster
kulturtechnischen Forschungszentrums
Aus
Osoba
bestimmt werden.
Versuche
bei
für
der
mit
(l939),
Durchlässigkeit
schwer
Probe
eine
Versuche
Leverett
Faktoren
dabei
Durchlässigkeit
die
Analoge
bedenken,
und
bisherigen Arbeiten über dieses Gebiet
leistete
des
durch
wir
selbst
größeren Beitrag,
Bildung
nur
und
die
verschiedenen
Der
Europa
kann
wenn
Wassergehalt,
In
ließen
Versuchs¬
den
verglich
strömen
z.B.
(1952)
u.a.
praktisch
der
aus
(1957)
Gleichung
mit
sie
(1936)
Gas
beschrieben
"S-W-Lime"
lässigkeit
der
Diese
und
gasformige Phase.
und
Richardson
die
Klute
Youngs
einfachste
Mischungsverhaltnissen
Zweiphasenstromung
So
fand.
Flüssigkeit
aus
flussige
Botset
und
gute Übereinstimmung
Gemisch
Die
(1954),
Irmay
von
Wyckoff
von
verschiedenen
die
War-
zur
Diffusions¬
(1936),
(1956),
u.a.
mit
Durchlässigkeit-Sättigung"(siehe
Formeln.
einige
stammt
ergebnissen
eine
(1955, 1959),
einer
über den
Childs
u.a.
Klute
ein¬
(l958, 1959).
Beziehung "relative
7)
dieser
veröffentlichten
Philip
und
Aufstellung
die
Arbeiten
7)
Kap.
Bodenkennwert
abhangige
ermöglicht
mestromung analogen
koeffizienten
(siehe
"Diffusionskoefflzient"
der
ungesättigten
im
nur
(l96l)
einige
und
George
Zeit
in
mit
(l96l)
der
Wageningen
allgemeine Arbeiten
Oellos
ei¬
bekannt.
von
Ahn-
verhalt
lieh
ten
(l96l)
Popov
man
sich
und
der
(l929, 1933).
sind
Angaben
aus
hier
allgemeine Arbeiten,
von
(Becksmann, 1963,
Im
über
Versuchseinrichtungen,
gleich
mit
den
in
der
zulassen.
Erdolforschung
wurde
die
im
die
mungsverhaltmsse
Fließbewegung
der
lässigkeit
in
Eine
zu.
von
von
untersuchen
Weiters
gleichartige Fließvorgange
gewachsenen
Boden
einen
Ver¬
für
dies
kann
unse¬
die
unter
kaum
der
werden.
einer
größeren
Ver¬
Stro-
vorhandenen
die
sollten
in
un¬
Abhängigkeit der
die
Saugspannung bzw.
klarzustellen.
naturlich
in
Sanden
und
im
kleinen
Zweiphasenstromung
Aufgabe gestellt,
Kapillarsaum
zu
für
trifft
besonders
an
Kapillarsaum
Kapillarsaum gleichgesetzt
im
deshalb
suchsrinne
gen
im
Ollagerstatten herrschenden Bedingungen
Sickerstromung
und
Ganz
Versuche
keinesfalls
die
naturlichen Verhaltnissen
Kulturboden
Arbeiten
Sickerstromung
die
sich auf
mit
Es
Lite¬
beachten.
zu
Problemstellung
gesättigten Bereich beschrankten
den
1964).
fehlen
Ebenso
israelische
die
1962)
Irmay (1954,
Proben
rer
ist
übrigen
sich
man
Massing,
"Diffusionskoef-
oder
unbekannt.
weitgehend
bisherigen Untersuchungen
Die
und
z.B.
wie
bemuht
Zeit
jüngster
in
Durchlässigkeit"
Frankreich.
Arbeiten
mit
Erst
noch
Arbei¬
wie
Nonovalov
Bestimmung der kapillaren Steighohe
auf
"relative
wie
fizient"
und
deutschsprachigen Raum beschrankte
Im
nachzuholen
Versäumtes
ratur
die
Literatur,
(1959, 196l)
Felitsiant
bzw.
pF-Kurve,
Begriffe
1.2.
auf
russischen
der
bestätigen.
bisher
Weiland
hier,
(1959),
Rode
von
sich mit
es
relative
damit
die
schluffigen
erarbeitet
Durch¬
Grundla¬
oder
tonigen
werden.
13
2.
Zusammenstellung
2.1.
der
durchgeführten Versuche
Vorversuche
2.1.1.
Sandeinbau
Versuche
über
Trockene
Schuttung mit
Material
durch
und Schlauch.
Trichter
Trichter
mit
Schuttung
Verdichtung:
und
Schlauch
und
unter Wasser.
Frequenzen
Vibrieren mit verschiedenen
verdichtet.
durch
Material
des
Bestimmung
Stampfen
für
verdichtet.
Stromungsdarstellung
die
am
besten
geeigneten Farbstoffes.
Ermittlung
2.1.2.
mit
über
der
Bestimmung
saum
zu
bei
Aufbau
den
der
kapillaren Steig¬
Verdichtung
verschiedener
bis
zu
einer
Sättigung.
voller
bei
Bestimmung
Versuchsdauer
einer
Versuche
zur
Versuchssande
der
Messen
2.1.4.
Durchlässigkeit
Langzeitversuche
hohe
2.1.3.
der
vier
Monaten.
Messeinrichtung
zum
Kapi11arspannung.
des
Sattigungsverlauf
verschiedenen
nach
Zeitpunkten
Kapillar¬
den
über
es
Versuchsbe¬
ginn.
2.1.5.
2.2.
Vorbereitende
Stromungsversuche
suchsrinne
Institut
im
für
kleinen
einer
Ver¬
Kulturtechnik.
Hauptversuche
2.2.1.
Geschwindigkeitsmessungen
schiedenem
Gefalle,
suchsanstalt
ETH
2.2.2.
für
im
Kapillarsaum
durchgeführt
Wasserbau
und
in
der
Erdbau
an
bei
ver¬
der Ver¬
(VAWE)
der
aufgestellten Versuchsrinne.
Vergleichsversuche
zur
praktischen Bestimmung
kapillaren Durchlässigkeit,
14
in
durchgeführt
mit
der
den
vier
Eidg.
Versuchssanden
Anstalt
für
bei
das
Prof.
forstl.
Dr.
F.
Richard
Versuchswesen
an
der
in
Birmensdorf/Zürich.
15
Beschreibung der Versuchsrinne:
3.1.
Es
Versuchsmaterial:
Versuchseinrichtung,
3.
wurde
gebaut,
iq
22
mm
^
Glasplatte.
Abb.
abnehmbar
links
zum
Ein
durch
einen
Vorderwand besteht
2
die
zeigt
für
leichtere
das
Rinne
Dieser
vorne
Die
beim Einlauf.
auch
sich
der
an
Auslaufwasserspiegels.
des
Konstanthalten
Arbeiten
Niveaugefaß
Das
gebaut werden.
Durchflußmengen erfolgte mittels
der
sicher
herausgenommenem Ruckwandteil.
gleiches Gefäß befindet
Messung
(Abb. l)
m
Belastung
sich
starken
Rinnensohle
dient
laßt
Rinne
der
1,00
x
voller
Die
45
Ruckwand mußte
der
0,20
x
verstellen.
zu
Zustand bei
leerem
Teil
Gefalle
Das
bis
Flaschenzug
einer
4,35
Formanderungen auch bei
ausschließt.
aas
Versuchsrinne
eine
die
Pluvio¬
eines
graphen.
Bestimmung des
Zur
an
KLrkham
(1956)
bauten
ihr
in
Messingdrahtgewebe
ein.
Mit
mit
einem
Zanker
einem
aus
Versuchsmodell
mit
den Enden
6
ca.
über
Kathetometer
(i960)
vor,
Bronzedraht¬
Swartzendruber und
einzubauen.
perforierte Rohrchen
Abstanden
vertikal
Pegelrohrchen
ahnlichem Material
oder
netz
kleine
Glaswand
der
Wasserspiegels schlug
regelmäßigen
in
Durchmesser
mm
aus
Bodenoberflache
der
konnte
der
Wasserspie¬
gel abgelesen werden.
Bei
unseren
halbierte
Versuchen wurden
Plexiglasrohrchen
Halbrohren wurden
die
15/ll
Abstanden
mm
von
mit
einer
überklebt.
Zur
Wasserstandskontrolle
wurde
Ein-
jeweils
und
ein
Auslauf
Glaswand der Lange
0 angeklebt.
wenigen
Locher
die
16
in
an
angebohrt und
cm
doppelten Lage Nylongewebe
solches
bei
Pegelrohrchen
eingebaut.
den
in
nach
Diese
als
Filter
Hauptversuchen
der Mitte
zwischen
y//////fy))/////////S/////^^^^
Einlaut
Mveaugefäß
-//////////////////////////,ÜUK
Ifersuchsrinne
Nivtaugetab
Mab» in cm!
Jpfr
\Auslauf
V777777777777777777777777777777777777?77?77777777777
*&7it32.&v///////;//////////////s////////////;///////;////////////////////////////////<
/to&7
00
Abb. 2
:
Versuchsrinne
vor
Einbau des Sandes
3.2.
Für
bzw.
Versuchssande:
die
Gegend
die
wurden
daß
Die
Die
Sande
sind mit
der
ist
3.2.2.
Spezifisches
Sande
zentsatz
bei
7
Abb.
hohen,
L,
(M
und
J
der
K
Sande
der Rei¬
in
K
gröbste,
der
Summations-
in
Quarzkornern.
aus
Sand
J
kleineres
Quarzsanden
spezifisches
der Fall
ist.
des
"Laboranweisung"
ETH mittels
Pyknometer
4
Pro¬
Diese
porö¬
als
Das
spezifische
Institutes
44
K
Gewicht
bestimmt.
(Seite
Sand
geringen
einen
Bimssteincharakter.
von
ein
nach der
der
M,
Kornverteilung
sprechenden Werte enthalt Tabelle
Das
so,
aus¬
entnehmen.
zu
Korner
normalen
Die
einen
bewirken
Kulturtechnik
3.2.3.
zwar
Gewicht:
noch
poröser
wurde
Körnung
hauptsächlich
bestehen
Korner
Gewicht
aus
jedoch
enthalt
der
bezeichnet.
kurven
dies
und
Sand voll
einzelnen
zeigen die
Buchstaben
den
Feinheit
Sand)
feinste
sen
6
bis
feinsten
Korngroßen:
henfolge
Die
3
<Vbb.
beim
Oberbayern
aus
Durch Vorversuche
15-facher Vergrößerung.
etwa
3.2.1.
Verfugung.
zur
der Versuchsrinne
Hohe
die
Quarzsandsorten
vier
Köln
von
entsprechenden Kornungen ausgewählt
genutzt wird.
bei
standen
Versuche
der
Die
für
ent¬
).
Porenvolumen:
Porenvolumen
n
pillare Steighohe,
rechnung erfolgte
wurde
bei
verschiedenen
Sättigung)
über
die
mehrmals
Ermittlung
Vorversuchen
bestimmt.
der
Die
(ka¬
Be¬
Dichte.
fs -fd
19
<
20
CO
<!
\s\
5
<
21
t-
•o
2
<
CO
Abb!7: Kornverteilung in Summations
kurven der Sande
Bezeichnung
nach
K,J, L und M
Atterberg
Schi uff
0,06
0,02
0,2
0,6
6
2
mm
Korndurchmesser
Bei
der
für
den
die
in
22
die
Versuche
Tabelle
k
gewählten
(S. kk)
lockeren
Schuttung
wur¬
angeführten Porenvolumina festgestellt.
3.2.4.
Die
Porenverteilung:
Bestimmung
Feststellung
lenter
Porenverteilung beschränkt sich auf
der
relativen
der
Die
Porenweiten.
Wassergehalt
der
rechnen.
kleinen
Bei
Probe
Häufigkeit sogenannter äquiva¬
Porenverteilung
bei
läßt
Saugspannungen werden
weite
feine
großen Saugspannungen
Für
Poren
ten
Voraussetzungen die Jurinsche Formel
und
sich
dem
aus
Saugspannungen
verschiedenen
bei
mit
eine
weite
nur
Poren
kreisförmigem Querschnitt gilt
des
Poren,
entleert.
unter
bestimm¬
kapillaren
(Richard, 1953):
Wasserhubes
be¬
,
2. ff.cos 6
fv
0
...
Benetzungswinkel
9=
ff
f
...
...
0°;
ö
cos
(3.2)""
h
•
zwischen Flüssigkeit und
Oberflächenspannung für
spezifisches
...
Radius
d
...
Durchmesser
von
der
Gewicht
Kapillare
a
einer
Wasser/
des
in
bei
/
Wassers/
2o
6*
C
=
72,75
g.s
—2
—2
jT
=
l,oo g.cm
,s
cm
kreisrunden
Wassersäule
h
Rohrwandung/
1
=
entleert
die
Pore,
werden
mit
einem Druck
kann,
cm
h
...
angewendete Druckkraft,
die
um
Poren
Umgerechnet auf
Jurinsche
den
zu
äquivalenten
2970
_
den
wurde
in
cm
Wassersäule,
Porendurchmesser
ergibt die
Formel
f~ hcm
Für
angegeben
entleeren.
bei
diese
Grenzpunkt
unseren
^
3000
hcm
Sanden
kapillar
(3.3)
-
interessanten
Beziehung in Abb.
der
A*
"
8
Saugspannungsbereich
graphisch aufgetragen.
wirkenden
Poren
kann
dort
Der
angenommen
23
werden,
wo
170
messer
die Kurve
u.
)
eine
Neigung
von
45
(bei
Porendurch¬
aufweist.
200
400
600
f
Porendurchmesser
8
Abb.
Beziehung zwischen Saugspannung
die
bei
Den
ersten
dieser
Saugspannung
Versuch
Porendurchmesser
Sekera
(l93l)
einer
Donat
(l937 a)
dern
24
Boden
durch
auf
der
im Rahmen einer
des
verwendete
Porengrößenverteilung
vom
Durchmesser
abgegebene
das
der
Poren,
Beziehung Saugspannung-
aufgebauten Hohlraumanalyse
Wasserkapazität
bare
und
entleert werden.
Untersuchung
unternahm
über die
nutz¬
Bodens.
für
seine
Untersuchungen über die
Fischer-Kapillarimeter,
Wasser
nicht
Wägung der Bodenprobe
unmittelbar
bestimmt
wobei
gemessen,
wird.
das
son¬
Bradfield
und
Jamison
(l938)
insbesondere
mit
Hilfe
benutzten
achtung schenkten.
(1943 a)
arbeiteten
Methode.
Weiters
Unregelmäßigkeit
tragen durch
c
(l94l)
Rüssel
und
Richards
wobei
das
sich
und
ließ,
der
(1950 b)
und
und
Bodenporen Rechnung
Kurze
der
(3.3)
gegenüber
eine
der
weit
Be¬
Fireman
versuchten Childs
George
sie
Wasser
apparativen Verbesserung
der
an
der
mit
Saugspannung entfernen
einwirkenden
der
gleiche Prinzip,
das
Geschwindigkeit,
der
der
zu
Glei-
kompliziertere
hung.
vorliegenden Untersuchung
der
Bei
benutzte
Methode
der
erforderlichen Werte
des
Sattigungsverlaufes
(l937) schlug
der
darin wirkenden
ren
beeinflussen
Flüssigkeit
weite
klein
so
über
so
Die
Kraftporen
atomare
Anwendung großer
Kräfte
zu
(1937 b)
Donat
(Abb. 9),
des
und
Eingriffe
Sekera
im
jeweils
oder
äußerer
zu
er
den
eines
die
die
sogenannten Leerpo¬
er
Dimensionen
oder
in
unterteilt
bestimmten
die
sind
und
spezieller
Bodenporen
erfassen
zu
erster Linie
das
durch
Kapillarimeter entzogene
einer
Ist
Poren¬
Kapillarporen.
von
nur
chemischer
in
die
Wasser
fünf
Gruppen
bildenden Anteil
versuchte,
durch
(Entwässerung, Bodenbearbeitung)
(l938 b)
Grund
ihnen enthaltene
in
Grobstruktur
Bodens
Lufthaushalt
auf
Poren
entleeren.
unterteilte
wobei
Porenraumes
Wasser-
nung
füllen
die
spricht
Flüssigkeit wirken,
besitzen
da¬
daß die Wandkrafte wesentlich auf
die
unter
der
den
verschwindend kleinem Maß.
geworden,
Die
Bestimmung
Kapillarbereich.
In
vor.
der
bei
wir
Einteilung
eine
Kräfte
den
die Wandkrafte
in
nur
erhielten
(l933)
Apsits
von
kapillaren Sättigung verwendet.
für
Manegold
die
wurde
dessen
kunstliche
geändert wird.
angelegte Saugspan¬
in
drei
Porengruppen zugeordnet
Anteile,
die
sind:
25
a)
verwertbar),
(>30><*)
zirkuliert
dem Boden
b)
einer
den groben
Kapillaren
Saugspannung
Boden mit
(langdauernd
0,1
von
at
einer
den Pflanzen
(3
Kapillaren
den mittleren
in
zirkuliert
vom
während des Absickerns
in
werden kann.
bewegliches Wasser
Normal
wird
und
das
mit
und das
entzogen
verfügbar),
(nur
bewegliches Wasser
Leicht
den Pflanzen
von
Saugspannung
von
0,1
-
1,0
-
30/t)
at
festgehalten.
c)
das
Trägbewegliches Wasser
in
sich
Sekera
nur
den
in
Basis
vor
(Abb. 9).
Richard
der
Anlehnung
in
(1954),
und Fehr
(PWP)
Wassergehalt,
Tage
nach
einer
künstlicher
und
nach
Atterbergsche Korn-
der
Porengrößen auf
Durchmessers
den
benutzten
Feldkapazität (FC)
und die
den
ein
Richards
und
auch
Wadleigh (l952 a)
vegetationsloser Boden
längeren Regenperiode oder
Beregnung
aufweist.
Bei
den
nach
der
Bodenphysik
einem
wird
dafür
l/3
Äquivalentdurchmesser
permanenter Welkepunkt eines
drickson,
at
angenommen.
von
Bodens
2
bis
3
intensiver
meisten Böden
Saugspannung bei Feldkapazität zwischen 0,2
spricht
Als
zugänglich),
Klassengrenzen der Porendurchmesser.
den
In
die
(1955, 1959)
Richard
Feldkapazität bezeichneten
die
an
äquivalenten
eines
Bestimmung
nicht
befindet
ist.
Einteilung
eine
permanenten Welkepunkt
als
(<3ji)
Dampfform beweglich
grö'ßenklassifikation
der
Pflanzen
Kapillaren
feinen
(l957) schlug
Oden
(den
liegt
0,5
und
at.
ent¬
Dies
%u..
(Veihmeyer
1949) gilt derjenige Wassergehalt,
bei
und
dem
Hen¬
die
26
I
Pflanze
ohne
welkt,
phäre gebracht,
Saugspannung erreicht;
folglich
und
(1945)
Reeve
Man
bei
bei
dem
1943
Die
gilt
Furr
eine
Zahl
große
Sauspannungen
füllt.
Saugspannung
von
at
15
Ihr
sind
bei
Boden
22
zu¬
Weaver,
bereits
mit
Luft
ist
gleich
Grobporen entwickeln eine Saugspannung
Bezeichnet
den
Wassergehalt
einer
in
Vol.j£
bei
einer
w„
und
den
entsprechenden Wassergehalt bei
at.
so
ist
der
man
Saugspannung
Anteil
von
Grobporen
der
330
n„
cm
am
ge¬
größer als
oder
1/3
n
im
und
Feldkapazität
Äquivalentdurchmesser
die
und
,
und
(Richards
zu
w
Boden-
von
zwischen 9
b).
Grobporen
8it,
gefundene Wert
gleichsetzen
rückbleibenden Wasser
verschiede¬
derselben
bei
grober Annäherung den Wassergehalt
mit
einer
bei
Atmos¬
Boden-Pflanzen-Paar.
ermittelten für
deshalb
kann
beim PWP
nicht
einzelne
jeder
ein bestimmtes
für
nur
Pflanzen-Paaren den PWP
at.
wassergesättigte
Der PWP wird
erholt.
wieder
in
und verschiedenen Pflanzen
Böden
nen
sich,
sie
daß
von
bis
Bodenprobe
Wassersäule
mit
Sättigung mit
scheinbaren
Boden-
volumen:
=
nG
Poren,
die
das
zwischen
für
pazität liegende,
halten,
werden
als
"
(3'4)
w330'
permanentem Welkepunkt
die
Pflanzen verwertbare
Mittelporen bezeichnet.
Äquivalentdurchmesser
chende
WS
zwischen
0,2
Saugspannungsbereich liegt
und
Sie
8a und
zwischen
15
Die
Feinporen sind beim permanenten Welkepunkt
ser
gefüllt.
ner
als
Ihr
0,2 u.und
mindestens
15
at
Äquivalentdurchmesser
das
in
ihnen
ist
und
Feldka¬
Wasser
ent¬
umfassen
der
entspre¬
und
1/3 at.
noch
mit Was¬
gleich oder klei¬
enthaltene Wasser wird
mit
festgehalten.
27
Swartzendruber
und
(1954)
u.a.
Aquivalentdurchmesser
einem
den
entwassert werden.
Die
von
lung
sind
Wassersaule)
cm
sich mit
durch
l
Nach
der
ein
10,
jedoch
wobei
(entsprechend
bestimmt
werden
Porenem-
Porenvertei¬
Die
einer
nur
Saugspan¬
konnten.
Boden-
der
Es
befaßt
Filtergesetz
von
Darcy.
Filtergeschwindigkeit (v„)
von
Flüssigkeiten
das
Material
poröses
Darcy
zum
ist
die
unter der Wirkung
Filtergeschwindigkeit
Gefalle
l.
Einsatz
Der
k
portionalitatskonstanten
Gefäl¬
eines
mit
propor¬
allgemeinen
einer
der
direkt
v„
cm/s
Dimension
Pro-
fuhrt
Gleichung:
vf
der
an
=
k.i
ebenso wenig
fronl
Innern
im
beschriebenen
stellt
eine
und dem
messen
des
(3>5)
die
Geschwindigkeit
durchströmten
kann.
wird
und
der
somit
einer
Sandquerschnittes
Geschwindigkeit
Querschnitt
errechnet
werden
wie
Sickergeschwindigkeiten
Filtergeschwindigkeit.
fiktive
gesamten
schnitt)
k.f
=
Glaswand gemessenen
sprechen
28
Abb.
Stun¬
24
von
.
tional
Die
vorgeschlagenen
Grundlage aller theoretischen Betrachtungen
durchlassigkeit bildet
les
ursprung¬
Durchlässigkeit:
3.2.5.
Die
5
zeigt
mit
Poren
sie
bei
die
zusammengestellt.
600/i Durchmesser
unter
von
nung
9
Abb.
in
Versuchssande
unserer
Poren
50a an,
Autoren
verschiedenen
den
teilungen
von
nahmen
Sättigung der gesamten Probe innerhalb
lich voller
zur
Grenzwert
Durehluftungsporen. Als
Kapillar-
zwischen
unterscheiden
Diese
dar,
Probe
in
Farbder
oben
Filtergeschwindigkeit
die
aus
(Poren-
einem
ent¬
der
und
Versuch
Durchflußmenge
Feststoffquernicht
direkt
ge¬
S3
o"
Felnporer
Ultraporer
T
Kapillaren
Abb.
9:
Zusammenstellung
K\
von
OD
der
\0
IV
U
Orobporen
Autoren
2-
o
o
u.a.
messer
In
fj.
Äqulvalentporendureh-
Einteilung nach
wirkenden Kräften-Abb.8
Swartzendruber
Richard
Ode'n
Sekera
Donat
nach
vorgeschlagenen Poreneinteilungen
*1 <N
o o
Poren vorwiegend
Kapillarkraften
unterliegend
DurchlUftungsporen
Orobporen
Mittelporen
grobe Kapillaren
III
verschiedenen
_L J
o
kapillar wirkende Poren
OJ
II
Kapillarer
Feinporen
i
i
mittlere
Kaplllarporen
Mittelporen
Mlkroporen
feine
Bezeichnung der Porenklassen
100
g
g AequivTilentporendurchraes3er
Abb.
10
Verteilung
bei
den
der
Sanden
{*
Aequivalentporendurchmesser
M, L, J und K
Gültigkeitsbereich des Darcy-Gesetzes:
Die
keit
von
verschiedenen Autoren
des
noldssche
als
linearen Sickergesetzes
obere
nach
Grenze
der
Gültig¬
Darcy angegebene Rey-
Zahl
v„
i
.d
m
(3.6)
30
Filtergeschwindigkeit
(cm/s)
...
mittlerer Korndurchmesser
(cm)
...
kinematische
v„
...
d
m
-^
im
liegt
R
Muskat
(1937)
über
nicht
=1
4
vor,
und
5.
einen
=
(1945
a,
Fall
(k
extremen
(l953)
R
mit
Grenzwert
R
=
Kozeny
als
Rose
R
winnen
die
sicher
Um
5.
sicheren Wert
als
gehen,
zu
b) geht
Bei
i
^)
33
=
zwischen
Für
10.
=
berechnet
(l96l)
Reynoldsschen
örtliche
und
Werte
einem R
Karädi
und
höheren
Trägheitskräfte
zu
cm/s,
0,5
=
bis
Lindquist
an.
(1955)
Schneebeli
3,8. Nagy
5.
und
liegen.
1
nimmt R
(1933) schlägt
2
4
allgemeinen zwischen
sollte
(cm /s),
Viskosität
finden
Zahlen ge¬
Turbulenzen
Be¬
an
deutung.
Die
untere
ist
durch die
für
Grenze
die
Anwendbarkeit
Theologischen Eigenschaften
bundenem Wasser
das
um
Bodenkorn
Proportionalitätsfaktor
Der
Ausdruck
Darstellung
zur
wird
k
Für
ein
des
Mediums
der
von
Natur
physikalischen Eigenschaften
der
zu
Zur
Durchlässigkeit
dem
mit
des
ge¬
an
Bodens
in
poröses Medium hängt
als
Wassers
Darcy-k
des
ist
auch
Die
ab.
ungünstig
der
den
von
Verbindung
und
kann
Mißverständnissen führen.
Charakterisierung
eines
gigen Wertes hat sich in
vom
der
benutzten
nach
Zunker
(1952 b) schlägt
Amerika
(l952)
(l938)
k
,
vor,
(absolute
eingebürgert,
im Normenausschuß
die
Fluidum unabhän¬
angelsächsischen Literatur die
sogenannte "intrinsic permeability"
keit),
of
Hülle
allgemein als praktischer
Durchlässigkeit
der
bezug auf Wasser verwendet.
sowohl
Darcy-Gesetzes
der
bestimmt.
Wert
k
des
der
Soil
Durchlässig¬
und
Richards
Science
Society
Bezeichnung "Permeability"
(=
Dur
lassigkeit)
zu
Für
reservieren.
auf
etwa
also
schuß
für
ganz
spezifizierte Begriffsbezeichnung
diese
Durchlässigkeit
die
k-Bestimmung,
Grund der
vorgeschlagen,
Sekunde
besitzt
Die
Umrechnung
von
von
k
auf
der
k
Dimension
Aus¬
(la
u.
2-82
=10
cm
e
'fw.
k
=
1
Darcy),
mit:
erfolgen
kann
Zentimeter
Durchlässigkeit
2
w
(3.7)
für Wasser
Durchlässigkeit
...
bzw.
cm
oo
\-\
k
2
Dimension
die
mit
absolute
Die
verwenden.
zu
Sinne,
gleichen
vom
Begriff "hydraulic conductivity"
den
(= hydraulische Leitfähigkeit)
pro
alteren
im
wird
voller
bei
Sättigung
)
(cm.s
o
k
absolute
...
oo
T)
dynamische
...
Die
Viskosität
Gewicht
spez.
des
(g.cm
Bezeichnung "Durchlässigkeit"
Ausdruck
der
in
vorliegenden
dafür
soll.
Wir
ihren
Arbeiten über
1949,
Corey,
benutzte
serem
wollen
flussiges
(1948)
die
für
so
.s
sich
das
Zwei-
)
jedoch
und
die
verwendet
das
bei
Als
"relative
nis
(in %)
der
w
(Rose,
also
in
un-
w
voller
Filtersystem
des
Bodens
für Wasser
Wassersattigung.
Boden
Durchlässigkeit"
effektiven
werden
1963; u.a.)
bezeichnet
k
Bo¬
Autoren bei
Mehrphasenstromung
verwenden,
Durchlässigkeit
Medium
der
in
daß dieser
eingebürgert,
verschiedenen
von
)
.s
Filtersystem
Arbeit weiter
vorgeschlagene k„-Wert entspricht
32
—2
—9
1957; Amyxu.a., 1960, Becksmann,
Bezeichnung k
Falle
die
hat
auch für
durchfließendem Wasser
mit
(g.cm
Wassers
des
Wassers
deutschsprachigen Literatur
den
(cm )
Durchlässigkeit
k
mit
Der
von
als
Koehne
durchfließendem Wasser
unserer
Bezeichnung k
bezeichnet
Durchlässigkeit
bei
man
das
einer
.
Verhält¬
gegebenen
Sättigung
die
auf
Durchlässigkeit
zur
fragliche Teilflüssigkeit,
Durchlässigkeit bei
ve
(lOO )£ige Sättigung)
Berechnung
Über die
Literatur.
der
verschiedenen Formeln
mit
Phase
bezug
relati¬
Wasser.
umfangreiche
eine
versuchen, die Durchlässigkeit nach
Wir werden
haltenen Werte
flüssigen
-Wertes besteht
k
des
die
bedeutet
k
in
können die dabei
rechnen und
zu
den
tatsächlich gemessenen
er¬
vergleichen
(Tab. 2).
Seelheim
(1880)
keit
von
der
10°C
mit
bei
=
Kornes
Hazen
(l895)
Filtersande
von
116
...
t
...
d
116«(0,7
=
Temperatur
+
0,03
zwischen
cm,
läßt
Slichter
von
King
auf
Grund
(=
(l899),
(l899)
einer
t)
50
von
t
C
für
reine
•
d2
und
(cm/s)
(3.9)
200
C
in
*
das
(cm)
Lagerung
w
in
(3.8)
Temperatur
Korndurchmesser,
wirksamer
...
einer
bei
Abhängig¬
Kugel umgeformt gedachten
eine
lockerster
Mittelwert
ein
(cm/s)
mittlerem Gewicht
erhielt
bei
k
in
des
Durchmesser
...
in
sorgfältig gereinigten Quarzsand
d^
•
35,7
Durchlässigkeit
die
für
Korngröße
kw
d.p.
berechnete
l/lO
des
Maschenweite
des
gesamten Korngewichtes
Siebes
durch-
d1Q)
der
die
sehr
eingehenden Filterversuche
theoretisch auswertete,
war
geometrischen Untersuchung
der
der
erste,
der
Porenräume
33
eines
Haufwerkes
Filterformel
gleich großer Kugeln
Er
entwickelte.
denkt
analytisch
rein
sich
zunächst
das
Korn-
gemisch des Bodens durch gleich große Kugeln ersetzt,
che
Durchlässigkeit wie
dieselbe
Diese
gleichmäßige Korngröße
messer.
Die
Porenräume
für
das
Poiseuillesche
die
schwindigkeit
in
das
nennt
betrachtet
Gesetz
er
.
?
.
n
.
i
.
ergeben.
als
für
Kapillarröhren,
die
Flüssigkeitsge¬
Kapillaren gilt:
(3.10)
(cm/s)
Erdbeschleunigung
Dichte
der
dynamische
.
a
wel¬
wirksamen Korndurch¬
er
8.T .f\m
g
Korngemisch
eine
Flüssigkeit
Viskosität
der
Querschnitt
der
Flüssigkeit
Kapillarröhre
Druckgefälle
Damit
erhält
er
*w
Zwischen
die
-
Formel
*£*
Porenvolumen
n
(W-)
dw,
'
und
der
(3.11)
Konstanten K
besteht
die
Beziehung:
Tabelle
nfi
K
26
1:
30
28
32
34
36
35
37
38
39
40
44
42
Nach
Zunker
(1930)
stimmt
diese
Formel
am
besten
für
scharf¬
kantige Sande.
Krüger
(1918)
machte
Korndurchmesser,
34
46
84,3 65,9 52,5 42,4 34,8 31,6 28,8 26,3 24,1 22,1 20,3 17,3 14,8 12,8
die
sondern
Filtergeschwindigkeit
von
der
nicht
Gesamtoberfläche
des
mehr
vom
Bodens
abhängig
und
keit
bei
den Einfluß
betonte
größeren
einer
aus
Anzahl
des
Porenvolumens.
Versuchen für die
von
Er
fand
Durchlässig¬
18°C:
=±6§2
k
w
(cm/s)
n
.
(3.13)
0
r
0
...
Gesamtoberfläche der Bodenteilchen in
die
cm
r
Zur
Umrechnung auf
kio°
Terzaghi
(1925)
...
eine
vom
nach
=
<3-14)
für
(T7=^=r)2
£
Material
körnige Sande,
•
Sande
die
d!
Formel:
(c*/s)
abhängige Konstante
für
.
(1948):
Terzaghi-Peck
V-^
=
entwickelte
kw
K
C
10
/cm
'
mit
Sande
<3-15)
(l0,48
für
glatt¬
eckigen Körnern
rauhen,
6,026).
Kozeny
(1927 b)
entwickelte
die
Formel:
Q
kw
=
C.-^—
dj
.
(3.16)
(1-n)
C
...
eine
von
der
Temperatur
für welche bei
d„...
C
10
Kornform
und
der Wert
Korndurchmesser, abgeleitet
643
aus
zu
der
abhängige Zahl,
setzen
ist.
Beziehung
n
1
-r—
K
Darin bedeuten
den
äg
d
^-Anteil
den
Grenzkörnern
den
mittleren Durchmesser
und
d
n
teren
er
nach der
Regel
,
am
n+1
dieser
=
23
1
*gn
——t—
n
einer Korngruppe mit
Gesamtgewicht
s
und
d'
n
Gruppe, welch letz¬
35
b-hfr* rrl—
n
n
+
(3-17)
rr>
n+1
n+1
n
ermittelt.
Versuche
müsse
Jedoch
(l929)
Donat
von
Beiwert
der
angegebenen besitzen
(1938/39)
Carman
splittrigem
verbesserte die
Sand
die
als
70
zwischen
zwar
und 400
statt
Kozeny.
von
Kozeny
von
400;
und
bei
Ko'seny-Formel
Oberfläche
spezifischen
der
setzung
kleinere Werte
und
scharfkantigem,
sehr
bestätigten die Formel
70
bei
Kugeln.
durch Ein¬
dem wirksamen
Korndurchmesser.
--IM
k
0
...
.
V'O2
v
-ül(1-n)2
Oberfläche
wirksame
in
(3.18)
/cm
cm
r
kinematische
V
Nach
1,309
=
(l93l c)
Kozeny
keit
von
nicht
zu
der
feines
n
(l929)
=
0,3
Umständen,
ihre
auf
wie
für Wasser bei
Abhängigkeit
die
also
n
=
A
*
der
Durchlässig¬
Diese
7^-T2
n
für
Abhängigkeit fand
Bestätigung.
=
<3'19)
Läßt
0,5 wachsen,
gleiche Temperatur
.
0,5
36
C:
Porenvolumen
vom
so
£il—5"
(l-o,5)2
durch Versuche
man
z.B.
ist
unter
das
von
Porenvolumen
sonst
gleichen
usw.
o
o
k
10
Material durch
angegeben werden.
Donat
kann
Lagerungsdichte,
k(n)
von
Viskosität,
stokes
'
(l~°X3^
o,33
•
k
=
°>3,
9.k
„
°'3
(3.20)
(volle Sättigung)
Durchlässigkeit
der
Messung
Versuch
Die
auf
der
de
den
-Werte
k
Mit
bestimmt.
berechnet
dem
unter
Bereich
Durchflußmengenanteil
flache
(Kapitel
Hauptversuche
der
gebnissen
und
q
(3.5)
=
Mittelbildüng
der
erhielten
resultaten
Gewicht.
Bei
Bei
die
ersten
nicht
diesen wurde
Messung
der
Stromungsverteilung
det,
daß
sie
so
nicht
aus
den
Dazu
wur¬
entfallende
die
sind
ganze
über den
die
Tabelle
in
einzelnen
Versuche
beiden
Genauigkeit
die
Meßer¬
darauf
konnten
Ergebnisse
Die
7.3).
und
Wasserspiegel
w
aufgeführt.
7.2
den
aus
entsprechende Querschnitts¬
die
Gleichung
werden.
vier
den
Durchlässigkeit erfolgte
der
Bestimmung
ss an
den
bei
\
Versuchs¬
halbes
nur
ßinnenlange
für
Kapillarsaum
der
ll(
die
verwen¬
übrigen Versuche
besitzen.
Zur
Kontrolle
sollte
k
der
-Wert
außerdem
mit
Oedometer
dem
w
bestimmt
Die
werden.
große Randstorungen
ten
durchgeführten Messungen ergaben jedoch
durch
den
Probenquerschnitt großen
(Kapitel 7.2)
chen
auf
wird
im
Verhältnis
Wandanteil.
diese
durchström¬
zum
Bei
den
Hauptversu—
detaillierter
Erscheinung
eingegangen.
(1944)
Christiansen
Befeuchtung
des
keitsversuche
tig
unter
nur
Druck
mehr
Bodens
erfolgt.
durch
für
Versuche
der
Zylindern
in
von
nur
sollten
für
Ebenso
im
kapillar
des
vorhandene
die
gleichgül¬
unten
kann
bis
7
Luftblasen
bis
Luft
entfernt
Tage.
entlüftetes
Da
Wasser
zur
wir
ver¬
Messung
bereits verschwunden
Genauigkeit
durchströmten
14
oder
diese
durchfließenden Wasser
dauerten
der
Durehlassig-
von
eingeschlossen,
abgestandenes,
wichtig für
große Lange
die
eingeschlossen wird,
oben,
Einmal
etwa
daß bei
Versuchen,
Filtergeschwindigkeit größtenteils
sein.
die
seinen
Hauptversuche
werden.
wendeten,
bei
Luft
Auflosung
Unsere
die
Boden
im
Befeuchtung
die
ob
fand
der
Bestimmung
Sandkorpers.
ist
Viskositatsveranderung durch geloste Stoffe kann vernach¬
lässigt werden,
auf
fio
5
eine
kleinere
lente
daß
Elektrolytgehalt
an
Durchlässigkeit
der
Verhältnis
durch,
nur
Durchlässigkeit
führte
Fireman
ist.
Arbeit
zwischen
äquiva¬
heißt,
Das
Viskosität
und
Viskositatskorrekturen
Temperaturanderangen
die
wenn
ver¬
Fireman,
keine
Folge hat.
o
$
1
von
gewöhnlich
zur
von
als
weniger
von
zeigen Arbeiten
Ebenso
Temperaturveranderangen
direkt
seiner
Zunahme
Viskositatsstei gerung
Änderung
das
nicht
eine
(Fireman, 1944).
ursachen
daß
da
in
C
2
überstiegen.
Wir
ratar
10
von
gestellt.
die
die
bezogen
C.
-Werte
Ergebnisse
Die
Literatur
Durchlässigkeit
auch
jeweils
sind
diesen Resultaten
Aus
der
in
gemessenen k
Tabelle
m
Tempe-
eine
2
zusammen¬
entnommen werden,
kann
angeführten
Formeln
gleichkornige
für
auf
zur
Sande
daß
Berechnung
nur
der
grobe
ganz
Näherungswerte liefern.
Zur
allgemeinen Charakterisierung
der
wendeten
Sandsorten wurden weiters
retische
spezifische
zient
bestimmt
3.2.6.
Die
Die
Oberflache
verfahren
flache
Korner,
äußere
umso
der
ver¬
theo¬
und
Eckigkeitskoeffi-
Gramms
Oberflache
Oberflache
Korner
ist
2
in
cm
.
die
Gestalt
großer die
Kornform
der
des
die
Das
Bestimmung der wirklichen
berücksichtigt
wirkliche
spezifische
spezifische
eines
zur
wirkliche
(Hofmann, i960).
wirkliche
wirkliche
Oberflache und
den Versuchen
in
die
gesamte
verwendete
spezifischen
Sandes, also
Sandkorner:
äußere
je
eckiger
spezifische Oberflache
bei
Me߬
Ober¬
die
die
gleicher
Körnung.
Die
wirkliche
Verfahren
38
spezifische Oberflache kann
bestimmt
werden
durch verschiedene
(Scheidegger, i960):
a)
optische Methode:
porösen Mediums,
des
Menge
einem Mikroskop wird
mit
besten über
am
ein
eine
Photo,
geringe
unter¬
sucht.
b)
Adsorptions-Methode:
Adsorption
sich
die
c)
spezifische
wird
Oberfläche
Größe
und
der
der
Größe
Abhängigkeit zwischen der
Kornoberfläche
der
läßt
Oberfläche bestimmen.
/"'
Durchlässigkeitsmethode: mit Hilfe der Kozeny-Carman-
Gleichung
d)
Dampf
von
aus
Methoden:
Durchlässigkeit auf die
des
weiteren
Wärmeleitung eines
die wirkliche
Tabelle
der
spezifische
\
zurückgerechnet.
andere
der
aus
2:
spezifische
k
-Werte
Gases
läßt
in
sich
einem
z.B.
aus
der
porösen Medium
Oberfläche bestimmen.
der Versuchssande
bei
10
C
in
cm/s
w
nach
eigenen Messungen
und
vergleichsweiser
Berechnung nach anderen Formeln.
Sand
nach
M
eigenen
L
K
J
1.59.10-1
i;oi:io-1
5.02.10-2
Seelheim
1.604.10"1 3,41.10~2
1.16.10-2
5.14.10-3
Hazen
2,05.10-1
4.63.10""2
1.67.10"2
7.42.10"3
Slichter
8.57.10"2
2.27.10"2
Krüger
8.50.10-2
2.73.10-2
9.82.10-3
6.38.10"3
Terzaghi
1,067.10_1 3.26.10-2
1.99.10"2
1.27.10"2
Kozeny
6,80.10-1
2.27.10-1
2.62.10"1
1.74.10-1
3.44.10"3
1.59.10"3
1,018.10~3 1.204.10"3
Versuchen
KozenyCarman
5.63.10-1
-
-
39
_J
Sandsorten
Unsere
in
einem
Oberflachenmeßapparat
auf
lindrische
Durchlässigkeit
der
Die
erhaltenen Werte
Die
Theoretische
der
Annahme,
für
eine
Kornfraktion
0
0..
...
thi
=
thi
Korner
3
ersichtlich.
Oberflache
Ihre
Kugeln
laßt
sich
Berechnung
sind.
Sie
aus
der
beruht
auf
sich
errechnet
aus:
£^L
d •<?
theoretische
zy¬
Porosität
Oberflache
bestimmen.
alle
daß
der
Schuttung.
spezifische
Kornverteilungskurve
dabei
lange,
eine
Funktion
eine
gebauten
beruht
Messung
durch
Tabelle
aus
spezifische
theoretische
ist
dieser
sind
Die
Luft
von
und
Schaffhausen,
AG,
untersucht.
Sandschuttung
und
3.2.7.
Fischer
Durchstromenlassen
dem
Durchlassigkeitsmethode
nach der
wurden
Georg
der
von
(3.22)
spezifische Oberflache
einer
Fraktion
2
(cm )
P
d
.
der
...
Masse
...
mittlerer
Fraktion
(g)
Durchmesser
Teilchen
der
=
mittlere
Ma-
l
6,
Die
...
schenweite
des
Dichte
Sandes
des
theoretische
probe
je
Gramm
th
40
(g.cm
=
ergibt
£
0,,
thi
sich
(cm)
)
spezifische Oberflache
Sand
0,,
Siebintervalls
mit:
der
gesamten Sand¬
Tabelle
Beispiel
3:
fischen
Sand
der
Berechnung
zur
theoretischen
spezi¬
Oberflache.
L
Siebfraktion
mittl.
(mm)
der Fraktion
^-Anteil
Durchmesser
d
d.
thi
Fraktion
(cm)
0,6-1,0
o, 08
3,2
o,9o38
o,4-o,6
o,o5
lo,5
4,6o6o
o,3-o,4
o,o35
35,5
22,9229
o,2-o,3
o,o25
39,9
36,o68o
0,15-0,2
o,ol75
9,o
11,6229
o,l-o,15
o,ol25
1,4
2,528o
o,o75-o,l
o,oo875
o,4
l,o286
0,06-0,o75
o,oo675
0,1
o,34o7
0,,
th
Die
Zunker
von
bestimmte
retische
(1921, 1923)
spezifische
menti erverfahren
erhalt und
von
(heute
daraus
mit
dar,
eckiger die Korner
der
Kugelform abweichen,
spezifische Oberflache
Oberflache
ab.
der
Arten
beiden
Möglichkeit
zur
Die
von
er
die
Art
eine
durch
theo-
das
Sedi¬
Kornverteilung
berechnet.
sind
bzw.
je
mehr weicht
theoretischen
beschriebenen
von
13o,4
Sande
umso
der
=
t hi
Oberflache
Sandes
eines
da
Aräometer)
spezifische
die
stellt
0_
Eckigkeitskoeffizient der
3.2.8.
Je
Oberflache
0,,
Sedimentierverfahren
nach dem
spezifische Oberflache
=£
Verfahren
spezifischen
Charakterisierung
sie
die wirkliche
spezifischen
zur
Oberflachen
des
mehr
Bestimmung
ergeben
Eckigkeitsgrades
eine
der
41
Sande.
Dividiert
durch
0
W
in
die
-1
2
.g
cm
man
wirkliche
die
),
erhalt
so
spezifische Oberflache
(beide
spezifische Oberflache 0,
theoretische
man
den
Eckigkeitskoeffizienten EK.
0
EK
Sand
M
:
EK
=
Sand
L
:
EK
=
Eine
andere
(3.23)
—
=
3th
—
1,62,
=
1PO
^~
Art
1,50,
=
Sand
J
:
EK
=
Sand
K
:
EK
=
Darstellung
zur
"Abrollung"
der
mung
und
konkaven
setzt
miteinander
sie
planer
und
wLrd
dieses
nach
seinem
zugeteilt
3.2.9.
Sandeinbau
Sand
wurde
Strecken
bei
daß
Nachteil,
Luft
aus
dem Sand
Bodenprobe
mit
Wasser
ist
sehr
stark
Gesamtumriß
einer
das
nicht
Wasser
verdrangen kann.
durch die
Die
Bei
Luft
Chardabellas
dem
Wasser
im
Wasser
(l940)
Einbringen
des
Kornes
bestimmten
und
gleich
deren
von
einem
Durchsickerung Luftsacke bilden,
Zeit
die
konka¬
Das
die
Benetzung
Adsorption
beeinflußt.
daher
der
Anteil
dem
hangenden Netz enger Poren können sich
Laufe
den
an
Korner
trocken eingebracht.
allen Versuchen
jedoch
Sandkornern
von
Bestim¬
zur
Teilstrecken und
Nach
am
die
Er mißt
dar.
"Abrollungsgrad"
den
den
stellt
projizierten
(planen)
Beziehung.
=1,99
(Lumbe-Mallonitz, 1959).
Gruppe
Der
geraden
konvexer
ver,
hat
Zeichenebene
in
404
Methode
Mmeralkornem
von
die
konvexen,
ganze
42
auf
der
=1,98
|jj|
der Kornform
Szadeczky-Kardoss (l933) ausgearbeitete
Umrißlinien
||^
bei
der
Luft
an
zusammen¬
Beginn
sich erst
der
im
lost.
kochte
brachte
deshalb
diesen
gefüllte Versuchsgefaß
ein.
seine
Brei
in
Versuchssande
das
vorher
vor
mit
Die
und
durchgeführten Vorversuche mit
Stampfen jeder
rungsdichte und
führten
schwindigkeiten,
menge
und
mäßigsten
Trichter
offnung
befand
folge
Schicht
brachte
nachträgliches
erwies
und
des
(Abb.
sich
in
Schlauches
ll).
der
immer
konnte
So
der Einbau der
lockere
keinen
knapp
eine
daß
über
werden.
Abb.
11:
Sandeinbau
gesamten Sand¬
der
Am
Sandes
sich die
stärkere
ungleicher Fallgeschwindigkeit der
Sandkorner vermieden
Durchflußge¬
Erfolg.
des
Einbau
Weise,
Einbau
gleichmäßige Lage¬
schwankenden
Vibrieren
der
Schlauch
keine
ergaben
stark
zu
Ebenso
schichtenweisem
zweck¬
mit
Ausfluß-
Sandoberflache
Entmischung
verschieden
in¬
großen
4:
spez.
(lockere Schuttung)
kapillare Steighohe
EK
h
r
=
10
d,.
0
w
10
=
•
y
Os
Tagen
w
0
0
k
n
2
s
o
/g
/g
'
cm
/cm
cm
cm
cm
2
cm/s
g/cms
g/cm
"
mm
mm
M
Großen
,75
19,5
1,97
91
33,0
60
5,63.10_1
o
o,43
1,51
29,0
1,81
168
69,2
120
1.59.10-1
o,88
o,47
1,40
2,65
1,60
1,74
o,2o
o,32
2,64
L
,08
1,56
o,6l
o,98
2,56
1,62
o,l3
o
o,06-0,3
K
42,5
2,61
303
98,3
257
64,0
2,65
396
156,8
404
1.01.10-1 5,02.10~2
1,22
o,55
1,18
2,62
1,67
o,2o
o,12
o,l-o,5
J
Versuchssande.
o,2-o,5
der
o,73
o,42
o,3-l,o
charakteristischen
Sättigung
(s.Kap.4)
nach
Eckigkeitskoeffizient
spezifische Oberflache 0
theoretische
w
der
Schuttung
d
Oberflache
Oberflache
spez.
wirkliche
voller
bei
e
lockerer
y,
Durchlässigkeit
Porenziffer
Porenvolumen bei
Trockenraumgewicht
t/~
Korndurchmesser
Gewicht
dio
spez.
d60
wirksamer
d
Zusammenstellung
Kornungsbereich
Sand
Tabelle
3.2.10.
Verwendetes
3.3.
Das
II
verwendete
Wasser
Wasser
stammt
(Tiefenbrunnen-Lengg)
sammengestellten Chemismus
versorgung
der
Tabelle
Chemismus
5:
Karbonathärte
Stadt
12,9
Resthärte
°
für
frz.H.
1,3
in
den
Seewasserwerk
Tabelle
der
5
zu¬
Wasser¬
1962).
die Versuche verwendeten Wassers:
(7 o°dH)
Sulphate
)
Chloride
(o ,7
II
Zürcher
besitzt
(Geschäftsbericht
Zürich,
des
dem
aus
und
»
mg/l
13
2,o
mg/l
Kohlensäure
4,6
mg/l
"
1,4
mg/l
Trocken¬
rückstand
mg/l
189
freie
Sauerstoff
9,6
mg/l
aggr.
(dir.
Bestimmung)
3,o
mg/l
0,00
mg/l
Eisen
o,oo5
Nitrate
3,2
mg/l
mg/l
Mangan
o,oo
mg/l
Phosphate
o,2ol
mg/l
PH
7,45
Ammoniak
Kieselsäure
Wird
Leitungswasser direkt verwendet,
Sand
Luft
mindert.
(l928)
die die
ab,
Diese
und
Erscheinung
Zunker
wurde
bereits
(1930) festgestellt
verschiedenen Versuchen beobachtet
ansen,
1944;
Vorversuche
durch eine
ersten
so
Childs
scheidet
Durchlässigkeit des
und
George,
von
und
und
1950
Sandes
untersucht
sich beim Durchfluß
Sandsäule
die
Luft
zum
später bei
(Christi¬
a).
daß
der
im
ver¬
Ehrenberger
auch
ergaben,
Zentimeter
sich
stark
Großteil
des
Wassers
innerhalb der
durchflossenen Sandsäule
ausscheidet
(Abb. 12).
45
Abb.
der
senen
Man
zurück.
tion
mögen
sorption d.h.
der
Oberfläche
kommen
gie
46
muß
angezogen
für
wodurch
oder
und
Luft
Luft
der
Bodenkorner,
weiter
der
durchflos-
Erscheinung auf die Adsorp¬
unterscheiden
Auflösung
abgeglichen
kann
diese
führte
Bodenoberfläche
der
wirkung
Zentimeter
Sandsäule
(1940)
Chardabellas
Luftausscheidung innerhalb
12:
ersten
ein
zwischen
und
im
die
verdichtet
Teil
Luftmoleküle
der
Adsorptionsver¬
Wasser
und
Die
Wasser.
der
Adsorptions¬
Wassermoleküle
werden,
freien
anziehen.
ist
Ab¬
von
nicht
der
voll¬
Adsorptionsener¬
Diese
Adsorptionswir-
kung kommt
umso
stärker
zur
Geltung,
gelöst ist bzw.
mehr
das
Wasser
je
je mehr Luft
im Wasser
infolge Erwärmung
und
Druckverminderung Luft frei gibt.
Chardabellas
entwickelte
Durchfluß
im
wasser
gibt dabei
Luft
Entlüftung
und
daß
bei
nahme
der
unseren
daß
das
Versuchen wurde
(Luft)
die
die
mit
mindestens
da
das
gen
Kirkham
(1956)
=
wird
und
/.//
,
von
In diesen Vorratsbehäl¬
24
Stunden
stehen und
das
Wasser
Lösungsvermögen
des
Wassers
Dabei
er-
/
über¬
für
Abb.
vorgeschaltete Einrichtung
Versuchen
Im
Algenwachstum
per million
erreicht,
13
zur
Wassers.
des
und
0,4
zeigten,
flächenspannung
Anwendung
der
1955)
Ziel.
machte
"Instituut
1
j£o
j£o) Toluol,
daß
sich
voor
Holland,
Phenol
verwendeten
zu
wobei
sich weder
die
von
Mittel
gegen
das
Algenbildung
Cultuurtechnik
400
ppm
(parts
durchgeführte
Eventuell
von
ge¬
Swartzendruber
Zweck
ihnen
en
dem Wasser
wird
Viskosität noch
oligodynamischen Wirkung
waren
die
beigefügt.
diesem
spürbar veränderten.
Hauptversuche
ohne
erreichen,
gibt
der Versuchsrinne
das
noch
zwischen
steigender Wassertemperatur abnimmt.
unangenehm bemerkbar.
Unsere
er
(Abfiltrieren
Sandfilter
gelangte.
Waterhuishounding", Wageningen,
zum
und
erwärmt
dadurch
Luftbläschen) geleitet
Raumtemperatur.
längerdauernden
Versuche
wollte
Entlüftung
durch ein
Wasser
das
bis
Entlüftung
Bei
Versuchseinrichtung
Vorratsbehälter
sich
zeigt
eine
Wasser wird
Abkühlung des entlüfteten Wassers jede Neuauf¬
schüssige Luft ab,
Gase
Leitungs¬
das
geschlossene Leitung
vorhandener
tern bleibt
wärmt
Gerät,
Durch
Leitungswasser
eventuell
in
ein
Das
Luft verhindert wird.
von
Bei
dort
ab.
der
deshalb
entlüftet.
führt
Kupfer
bezüglich Zeitdauer
an
die
Ober¬
auch
die
(Strell,
der
Grenze,
Algenwachstum auszukommen.
47
13:
Abb.
Vorratsbehälter
zur
Entlüftung des Wassers
Darstellung
der
Strömung bei
Farbstoff
3.fr.
zur
den
Haupt-
versuchen
Für
die
besten
dafür
Farbstoffe,
zur
Kaliumpermanganat
daß
Eosin
besitzt,
chemischen
(KMnO.)
48
der
(i960)
und
aber
den
nicht
Nachteil
färbt,
Gründen
führte
in
jedoch
Versuche
durch.
stärkere
hat,
daß
Er
am
verwendeten
guten photographischen
Fuchsin
eine
(l94l)
Wood
und
mit
ge¬
Kon¬
Eosin,
stellte
Farbwirkung als
auf
Grund
der
Zusammensetzung leicht Sauerstoff abgegeben wird.
Sauerstoff
"in
statu
tigen Bodenbestandteile
len
eines
Kaliumpermanganat
fest,
Dieser
Zanker
phototechnischen
Sand
den
Erzielung
ausreicht.
aus
Harding
das
Indigo-Karmin,
ringer Menge
trastes
sich
eignen
Färbung
rote
Stromlinien
in
rostige
nascendi"
starkem
oxydiert
Maß,
Streifen
im
wodurch
Sand
die
an
eisenhal¬
den
Stel¬
zurückbleiben.
Fuchsinlosung
ungeeignet,
als
weil
nicht
Bei
der
Färbung
auswaschbar
ist.
Wassers
Oberflache
die
zu
der
fast
und
Adsorptionserscheinung
Selbst bei
beachten.
in
der
Hauptsache mechanisch wirkenden Filterbett,
der
bloßen
Oberflachenwasser
kennbar.
lichen
Rhein
So
trat
a)
von
ungelösten Stoffen
Adsorption
die
starkem Maße
in
Quarzkiesfilterung
der
eines
Behandlung
eine
er¬
künst¬
mit
verunreinigten Oberflachenwassers
chemische
aus
am
Ent¬
saubere
(Kegel, 1953).
folgende Farbeigenschaften
Versuche wurden
ge¬
:
Benetzbarkeit
gute
b) kraftiger
c)
ist
jegliche
unsere
fordert
Filtration
bei
Farbstoffen
ohne
färbung auf
Für
ist
wesentlich
der
an
trage durchlauft
bei
einem
z.B.
stark
sehr
des
durchgeführten Versuchen
den
Sand
Sandkorpers ganz
des
bei
sehr
sie
den
Sandkorper haftet,
überhaupt
sich
erwies
dem
aus
Farbton
leichte
bzw.
auch bei
leicht und
Versuchssand
Loslichkeit
starker
im
Wasser,
Verdünnung,
möglichst vollständig
auswaschbar.
Ermittlung des
Für
die
den
Kaliumpermanganat,
Farbstoffe
drei
sind
am
in
geeigneten Farbstoffes
besten
Eosm
Neucoccin
und
Wasser
verwendet.
wur¬
Alle
losbar.
gut
Versuchsdurchfuhrung:
ad
b:
Dazu
Kraftiger Farbton
wurden
maßig
in
schnell,
ton
konzentrierte
starker
Losungen
steigendem Maß verdünnt.
wahrend
selbst
hielt
bei
sein
Eosm
verschob
dunkles
wohl
sich
Eot
Verdünnung.
drei
der
KMnO.
verblaßte
lange gefärbt blieb;
jedoch
auch bei
gegen
orange.
starker
gleich¬
Farben
relativ
der
Farb¬
Neucoccin
Verdünnung.
be¬
Auswaschbarkeit.
ad
c:
In
drei
Standgläsern wurde Versuchssand mit je
trierten
Lösung
Einwirken
der
Ablaufwasser
nun
Sand
be.
Farben
wurden
die
farblos
blieb.
Die
Sand
ausgewaschenen
Sand
färbtem
Beim
Vergleich
Hinsicht
dieser
halb
überschichtet
verändert
stark
Farbstoffe
drei
der
zeigte
bis
das
wurden
mit
dem
Standgläser
und
gefüllt
(Abb. 14).
die
sich
bessere
Eignung
konzen¬
13-tägigem
ausgewaschen
mit
frischem,
Gegenüber
mit
KMnO,
dem
des
letzteren
unge¬
frischen
gefärbte
Eosin und Neucoccin konnte
von
die
gefärbt.
Sande
einer
Nach
auch
Pro¬
in
beobachtet
werden.
Versuchsergebnis:
Von
untersuchten
den
Neucoccin
hat
bei
starker
und
es
daher
läßt
am
suchen.
50
das
von
der
Verdünnung
sich
besten
am
für
Kaliumpermanganat,
Farbstoffen
Agfa
noch
AG
einen
hergestellte Neucoccin auch
kräftigen dunklen Farbton
leichtesten
auswaschen.
Es
die
des
bei
Färbung
Eosin und
Wassers
eignet sich
den
Hauptver¬
KMn04
EosiriT
'
Neucoccin
.#-
V**
Abb.
14:
Untersuchung
der
Auswaschbarkeit der Versuchsfarben
51
Kapillare Steighöhe
4.
Kapillarität
Als
des
nung
laren).
Wasser
ein
In
einer
in
cm
a
...
Y
...
Q
...
Die
es
der
Boden
2±JL
der
kapillaren Steighöhe
unter
Steighöhe
wurde
in
spielt,
kapillare Steighöhe"
52
Rohrwandung.
und
jedoch nicht,
versucht
wieder
Kapillarröhre
verschiedenem
der
Da
wurde
die
für
Autoren
der
Faktor
später
Zeit
die
wie
mit
wird,
oder
einem
Durchmesser
ver¬
(Thun
u.a.,
(Valle-Rodas, 1944)
verschiedenen
eine
dabei
kapillare
eine
oder
wesent¬
"maximale
sogenannte
(Wesseling, 1957)
kapillaren Steighöhe"
und
Literatur
gegebenen Bedingungen jeweils
angenommen.
Rolle
aktiver
immer
kann
-2
s
werden.
Ursprünglich
Andere
-2
g.cm
Flüssigkeit
einer
Kapillarröhren mit
von
glichen
in
g.s
in
Wassers
einem Boden
verschiedenen Autoren
Bündel
der
in
in
cm
des
zwischen
Benetzungswinkel
von
liche
in
Gewicht
h
(4#1)
Wasser/Luft
Kapillare
spezifisches
kann
Wassermenge
cos0
.
a-L
Oberflächenspannung
Radius
Boden,
sie
durch
kapillare Steighöhe
die
Kapillarröhre beträgt
=
(Kapil¬
Röhren
trockenen
bestimmte
eine
Erschei¬
die
halten.
kapillare Steighöhe
Böden
auch
aber
Wasserspiegel
c
...
engen
einen
Grundwasserspiegel aufzusaugen;
h
Q
allgemein
ganz
Kapillarität befähigt
Die
vom
dem
man
Flüssigkeit in
einer
Anhebens
entwässerter
über
bezeichnet
der
"Endwert
1941) eingeführt.
unterschieden
passiver kapillarer Steighöhe.
Bei
zwischen
sinkendem
Wasserspiegel
kleinen
der
Poren
kleine
kraft
(Entwässerung, passive Kapillarität)
Krümmungsradius
entwickelt
das
(Befeuchtung,
aktive
zwischen
Hysteresis-Effekt
ven
15
a,
b
zeigt
Kapillarität
einer
solchen
einer
diese
bei
Abb.
der
15
eine
größeren,
Kapillarität)
Diese
größere Pore hinauskommt.
Abb.
in
Wasser
kann, während das Wasser
halten
genden Pore
Aufstieg
und
sind
die
da
kapillare Steighöhe entscheidend,
die
für
beim
nicht
Befeuchtung
und
der
(a)
und
lie
über
die
den
Entwässerung.
aktiven
"Paternosterkapillare".
Kapillarität
Zug¬
kapillaren
Erscheinung bedingt
Erscheinung
Aktive
höhere
darunter
passive
(b)
und
passi¬
Vollständigkeit halber
Der
(1950)
die
Unterscheidung
zur
dem
spricht
freien
Als
höchsten
Wasserspiegel
bezeichnet
head)
h
Abstand
dem
Wasser
Der
Punkt
mit
pillarhohe" (mm. capillary head)
telwert
dieser
head)
Autoren
kapillaren Steighohe
folgenden
denen
Sande
Zunker
(1924)
gemischen
versuchten,
in
Boden
Vergleich
zum
zu
die
d
z
=
für
gibt
=
Den
Ka¬
Mit¬
schließlich
er
(average capillary
zur
entwickeln.
Berechnung
Es
seien
1,63;
der
davon
Beispiele angeführt,
kapillare Steighohe
kapillare Steighohe
die
iHP
<cm)
'
Mittel
im
...
Porenziffer
...
wirksamer
nach
C
=
1,72
Korndurchmesser
Zunker
1
d
=
2
54
"minimaler
für
h
von
Korn-
an:
z
...
Satti-
berechnen.
hc
C
mit
zu
freien
vom
bezeichnet.
Formeln
charakteristische
einige
wir
unsere
e
Abstand
ist
Punkt
dem maximalen
bezeichnet
Kapillarhohe"
h
höchsten
ca
Verschiedene
im
Sätti¬
kompletter
h
'
nach
zum
wird
h
Kapillarhohen
vier
"durchschnittliche
als
Entwasserungs-
(capillary rise)
kapillaren Aufstieg
beim
der
mit
(saturation capillary
Wasserspiegel
höchsten
zum
ent¬
h
Entwässerung mit dem
bei
Punkt
steig-en kann.
kapillar
Wasserspiegel
gungswert
freien
vom
der
Punkt
"Kapillare Steighohe"
.
der
erwähnt:
kapillarer Verbindung steht.
höchsten
den
er
bei
"Sattigungskapillarhohe"
mit
gung
der
in
Lambe
von
(max, capillary head)
Punkt,
noch
Vorschlag
der
Kapillarhohen
fünf
charakteristischen
weiteren
kurve
von
Kapillarhohe"
"maximale
noch
sei
—
lo.0z
<4-2)
0„
...
Oberfläche
spezifische
nach
(0„
Zunker
1
=
2
+
-7—
3—
...)
+
12
d
...
g„
g1,
Kozeny
Korndurchmesser
...
Gewichte
(1927 a)
mm
Korngruppen,
als
.
"Public
schlug
zur
Formel
vor:
Roads
(nach Kozeny,
Administration"
Berechnung
der
2'54
"
2.d
d
...
d.
d„
...
...
Carman
h
in
cm:
siehe
Kapitel
Durchlässigkeit)
hc
...
Steighöhe
wiegen.
•-> 1
\
(4.3)
Kc
Korndurchmesser
.
h
g
Porenziffer
3.2.5.
Die
1
e.d
wirksamer
K
zusammen
größte kapillare
wirksamer
tL..
die
=^4^
c
...
der
erhält
h
e
in
kapillaren Steighöhe
o
(
'
(nach Valle-Rodas, 1944)
q
d
°.92
)
(4'4)
in
cm
maßgebender
Korndurchmesser
Sieböffnung
des
Siebes,
durch
Sieböffnung
des
Siebes,
auf
wird.
(1941)
bestimmte
Korngröße bzw.
folgende
d
kapillare Steighöhe
halten
die
die
in
mm
das
die
dem
maximale
die
Fraktion
Fraktion
passiert.
zurückge¬
kapillare Steighöhe
spezifischer Oberfläche
und
Porosität
aus
mit:
0
h
0
...
r
wirkliche
=
o,o74
•
(4.6)
—
spezifische Oberfläche
(cm /cm )
55
(Terzaghi/Peck, 1948)
Terzaghi
Formel
sche
^-jj-
=
c
lo
C
...
meln
der
Korndurchmesser
Konstante,
abhängig
von
Oberfläche
(zw.
und
Tabelle
Wie
Werte
Roads
wir
sind
älteste
besteht
in
Versuche
für
der
verschiedenen
den
Ausnahme
jener
den
aus
Versuchen
mehr
als
überschlägige
ge¬
angewiesen.
zur
Bestimmung der kapillaren Steighöhe
eine
mit
dem
unteres
Gefäß mit
zu
Dieses
Böden
nach
mit
mit
Wasser
beobachten
Verfahren
untersuchenden Boden
zu
Ende
durch
zu
ein
hängen
(direkte
ist
sehr
mit
Sieb
und
einfach
ist
gefüllte
abgeschlossen
den
Methode
bedingungen verhältnismäßig gut nach,
dabei
Verunreinigung
Methode
Wasseranstieg
suches).
'
und
die
Für
überein.
auf
(cm)
o,5)
Administration",
schlecht
deren
ein
Kornform
stimmen
zeigt,
jedoch
darin,
Glasröhre,
ist,
Zunker-
(4.7)
Hazen
nach
kapillaren Steighöhen,
berechneten
"Public
o,l
(S. 63)
7
fundenen Werten
Die
(cm)
e-a10
wirksamer
.
.
verbesserte
Porenziffer
...
d.,
eine
an:
h
e
gibt
kapillaren
des
und
Langzeitver¬
ahmt
praktisch
geringer kapillarer Steighöhe anwendbar.
erhaltenen
Werte
entsprechen
der
aktiven
Feld¬
die
aber
nur
Die
kapillaren
Steighöhe.
Die
bekanntesten Versuche
(188%)
dene
und
Atterberg
Autoren
(Kozeny,
1927
ihre
a)
(Terzaghi, 1942).
56
dieser Art
(1908),
auf
theoretischen
bzw.
mit
denen
sind wohl
deren
von
Wollny
Ergebnissen verschie¬
Untersuchungen
sie
die
ihre
aufbauten
Formeln
überprüften
For¬
Kapillarität
aktiven
dere
vorgeschlagen,
Weiland,
1937;
Sekera,
lung).
1938
stimmen
da
und
konnten
Böden
feinere
als
gaben
die
zur
bei
(1884),
stellten
so
(1942),
den
u.a.
an.
Ramsauer,
bestimmten
passiven kapillaren
Messungen
den
wie
im Feld
Felitsiant
kapillare Steighöhe
nicht
Verdunstung
Zeit,
so
...
Werte
daß
ihre
die
der
Proben
auf
beide
Langzeitversuche
für
kapillaren Steighöhe
er¬
Kapillarimetern erreichten.
und
die
über
bleiben.
Es
verschie¬
kapillare Durchlässigkeit
seien
deshalb
aktive
hier
Ka¬
auch
nur
Bestimmung der aktiven kapillaren Steig¬
bereits
den
Atterberg
(i960)
Dazu
Sättigungsvertei¬
durchgeführten Untersuchungen
Valle-Rodas
Rethati
umgehen.
in
Fischer,
untersuchten
höhere
noch
an¬
Kapitel 3,
feststellen,
Außer
Ein¬
Schnellversuches)
des
teilweise
1935;
Faktoren
(1946)
zur
den
deshalb
werden können,
beschränkt
erwähnt.
Wollny
und
Abgrenzung des Arbeitsumfanges auf die
Untersuchungen
höhe
der
Kapillarerscheinungen
pillarität
und
siehe
-
wurden
Kapillarimeter-Typen (Versluys,
jedoch mit
viel
Verfasser
vom
mußten
höhe
a
berücksichtigt
Arten
Verfahren
Es
der
Bestimmung
zur
großen Steighöhe
Nachteile
Beskow,
andere
und Washburn
Lane
dene
1929;
Ergebnisse
Die
gut überein,
nicht
diese
verschiedenen
1917;
Steighöhe
die
Methode
verwenden.
zu
(indirektes
Verfahren
gehören die
der
wegen
kaum
bauschwierigkeiten
Die
obige
bindige Böden ist die
Für
(1908)
Luedecke
angeführten Versuchen
und
Lane
und
(1909), Versluys (1917),
(1944), Krynine (1949),
Langzeitversuche
(1959)
bei
Washburn
und
Wind
verschieden
über
Kuzniar
die
(l96l)
von
(1946)
Terzaghi
(1959)
kapillare Steig¬
untersuchten
die
geschichteten Materialien.
57
suchssande
wurden
30
mm
100
in
Nullpunkt
dem
eine
besaßen
Glasröhren
und
lange Glasröhren,
cm
schließlich mit
und
Röhrenende,
1
mit
(beim
Gaze
l,o
loo
mm
Weiters
war.
Abstand
Stativ mit
ein
Die
mm-Teilung
vom
durch
Rohr
unteren
ein
Bronze¬
für
1
Scha¬
1
benützt:
wurde
Gummischlauch
aufgezogenem
und
Sandes
cm-Skala mit
cm
später mit
mm,
benutzt.
Überlauf fixierbarem Wasserspiegel,
durch
Trichter mit
des
bis
o,5
20
anfangs
Durchmesser
mm
aufgeklebte
etwa
durch
das
100
drahtgewebe) abgeschlossen
le
:
Material:
Verwendetes
Es
Steighöhe der vier Ver¬
aktiven kapillaren
der
Bestimmung
Thermometer,
Einfüllen
das
Haltevorrichtung.
Versuchsdurchführung:
1)
Die
Rohre
mit
werden
den
Sanden
nach
Kapitel 3.2.9.
locker
eingefüllt.
2)
Das
in
wird
Wasser
nach
kapillaren Anstiegs
Abständen
Stunden,
von
Höhe
len.
Es
Wasser
sende
man
diese
Tagen
Änderung
Bei
den
Erscheinung
deshalb
wurde
eine
die
durch
werden.
kontrolliert
konnte
von
2o
lo,
geringe,
schließlich
und
bei
die
konnte
durchwegs
Sandsorten
dünn,
Im
oberen
Durchfeuchtung des Sandes stattfand.
ters
beobachtet,
58
feststellbar
das
daß
keine
war,
mit
obwohl
nicht
Teil
mit
der
dem
freiem
bereits
Es
beeinflus¬
wurden
wurde
Glaswand
ganz
je¬
Auge sicht¬
eine
kapil¬
jedoch wei¬
aufgestiegene Kapillarwasser
Sandkörner
feinen
ursprünglich
kapillare Steighöhe
lare
so
den
bei
feststel¬
diesen
die
Kontaktstellen
mehr
nur
(Sand M,L)
mehr
Färbung
daß
in
nicht
doch
der
dann
(Dunkelfärbung)
im Farbton
bare
mehr
des
Höhe
die
gröberen Materialien
Menge Neucoccin beigegeben.
Wasserfäden
und
3o Minuten,
und
kapillaren Wasseranstiegs
des
leicht
Sanden
5,
(Abb. 16).
jede Woche abgelesen
Die
eingelassen
Schale
die
an
feine
den
Abb.
16:
3.
Steighohenversuch 76 Tage
nach
Versuchsbeginn
59
dunkle
der
bar
waren.
der
menstellung
im
bei
den
Bestimmung der kapillaren Steighöhe
zur
in
Sanden
deshalb
wurde
Wassers
durchgeführt.
weiter
mehr
gröberen
den
gespiegelten Licht schön erkenn¬
des
Rotfärbung
Versuchen
weiteren
nicht
Die
bei
auch
Rohres
Innenwand des
von
die
bildete,
Punkte
Sand M'
6
Tabelle
zeigt die
Zusam¬
Werte.
gemessenen
Versuchsergebnisse:
In
Abbildung 17
gaben
sich bei
durch
Klopfen
17
Abb.
das
enthält
die
auch
etwa
entsprechen
Sie
ten.
jedoch
entstammen
sie
hier
Die
Einbringung erfolgte
und
dann
zeigt,
Material
Während
(von
den
2,o
Kuzniar
-
Endwert
einen
(1925
a,
kus-Effekt
zurück.
Kapillaren
und
einen
spitzen
starken
60
-
dieser
den
Lieferung,
drei
cm
weshalb
wurden.
eingefüllt
4
etwa
er
Monate
dauerte
verhältnismäßig groben
noch
Zeit
untersuchten
nach
Krynine
ständig zunimmt.
Kornfraktionen
spätestens 30 Tagen
(1946)
bei
Kies
nach
Anstieg feststellen.
b)
Er
Winkel
San¬
gestampft wurden.
o,oo4 mm)
konnte
end¬
Diese
bezeichnet
jeweils
weil
der
vor
Versuchen verwende¬
L'
verwendeten,
bei
den
Probesanden.
und
M'
leicht
führte
diese
Erscheinung
experimentierte
beobachtete,
lokalen
mit
derselben
daß
so,
nach
o,ol2
erreichte,
7 Monaten noch
Schultze
beim
(1959)
l,o bis
mit
angeführt,
auch
Steighöhe
die
L
Verdichtung erfolgte
übrigen
den
nicht
Holzstab
sei
daß
und
M
einem
mit
Versuch
Dieser
und
mit
statt
verwendeten
er¬
dem Einfüllen.
Versuchsreihe
bei
den
Die
während
Glasrohr
gültigen Sandbeschaffung
de
Sanden.
verdichteten
an
auf¬
gezeichneten Steighöhenkurven
strichliert
Die
getragen.
Versuchsergebnisse graphisch
die
sind
bilden,
daß
die
dort,
Enden
mit
wo
auf
den
Menis¬
nichtkreisförmigen
die
des
Kapillarwände
Meniskus
einen
Anstieg mit einer beträchtlichen Höhe über
Tabelle
Institut
Eidg.
6:
für
Versuch
Kulturtechnik
Technische
Sand
Hochschule
Zürich
Kapillarer Wasseranstieg
Datum
Zeit
Anstieg
cm
lo.
13.
14.
8.62
8.
8.
h^
Zeit
Minuten
Sanden
Anstieg nach
cm
Minuten
0
4.
9.
7
7"-*3o
23,8
35 82o
7,7
5
5.
9.
7 3o
24,4
37 260
6.
9.
8
3o
24,5
38 760
7.
9.
9
00
24,5
4o
23o
73o
55o
lo
3o
0
lo
35
1
Datum
nach
in
lo
4o
9,4
lo
lo
5o
9,5
2o
11
00
9,6
3o
8.
9.
lo
00
24,6
41
11
35
lo,2
65
lo.
9.
9
00
25,o
44
12
5o
11,6
14o
11.
9.
8
00
25,3
45 93o
13 5o
11,9
2oo
19.
9.
8
00
26,8
57 45o
7 3o
17,1
4
14o
2o.
9.
16 3o
27,1
59 4oo
14
lo
17,2
4
54o
26.
9.
15 3o
27,1
67 98o
7
15
17,3
5 565
l.lo.
lo
00
28,6
74 85o
17
3o
17,3
6
4.lo.
17
00
28,6
79
18o
59o
15.
8.
7 2o
17,4
7 olo
8.I0.
11
15
28,8
85 oo5
16.
8.
7
3o
17,8
8
46o
12.lo.
14
00
29,7
9o 93o
15
45
17,9
8
955
18.lo.
17 45
3o,2
99 795
17.
8.
7 3o
18,o
9 9oo
23.lo.
lo
5o
3o,9
I06 58o
18.
8.
9 2o
18,7
11
4oo
29.lo.
11
15
31,2
115 245
2o.
8.
7 3o
19,3
14
22o
5.11.
lo
lo
31,8
125 260
21.
8.
7 3o
19,7
15 660
9.H.
11
00
32,1
13o 670
22.
8.
7 3o
2o,3
17 loo
2o.ll.
8
45
32,7
146 775
23.
8.
7 3o
2o,6
18
54o
28.11.
9 4o
33,o
158 35o
27.
8.
7 3o
21,9
24
3oo
6.12.
16 5o
33,2
17o 3oo
28.
8.
7 3o
22,3
25 74o
29.
8.
7 3o
22,4
27 18o
3o.
8.
7 3o
22,6
28
31.
8.
7 3o
22,8
3o 060
3.
9.
7 3o
23,6
34 380
62o
M'
1
o
%90
17
Versuchsreihe,
Versuchsreihe,
Versuchsreihe,
1.
2.
3.
20
Kapillare
Abb.
Klopfen
an
Stampfen
unverdichtet
durch
durch
40
Steighöhe
60
Glasrohr
verdichtet
^_^k(d=o,61)
Langzeitversuch
verdichtet
-
IOO
<rH
Tage
120
Boden
dem
kus
spielt
ren
dabei
kriecht
dürfte
suche
eine
Sanden
bei
spitze
extrem
weit
dadurch
auch
aufweisen.
Meniskus
des
ein
mit
über
Grund
aktive
bestimmte
Werte
bedeutende
Winkel
die
daß
besitzt
als
die
höhere
passive kapillare Steighöhe.
Tabelle
7
enthält
Formeln
berechneten
Versuche
Tabelle
Zusammenstellung
im
7:
Roads
Administration
Aktive
cm
Wir
nach
ersehen
unter
durch
nach
der
Umständen
Kapillarimeter
verschiedenen
durch
die
eigenen
daraus,
daß
die
der
Formel
liefert.
gute Ergebnisse
kapillare Steighöhe
Dies
Langzeitver¬
durch
Vergleich mit den
erhaltenen Werte,
Public
der
die
Kapilla¬
die
kapillare Höhe.
kapillare Steighöhe
bestimmte
Menis¬
des
Feuchtigkeit
Die
die
bedeutend
da
Rolle,
bilden.
normale
sein,
Verhalten
Dieses
Versuchssande
in
eigenen Messungen und vergleichsweise
Berechnung nach verschiedenen Formeln.
Berechnung nach
Sand
Zunker
Kozeny Pub,Roads
Versuch
Terzaghi Carman
Administr.
gemessen
gemessen
nach
nach
lo
Tagen
Tagen
M
lo,5
9,1
23,2
9,3
9,6
19,5
3o,o
L
18,7
16,2
26,5
16,2
14,8
29,o
4o,5
J
19,o
16,4
46,6
2o,5
19,7
42,5
59,5
K
24,6
21,2
56,3
21,6
19,6
64,o
87,5
6o
63
5.
Kapillarspannung
Das
dem
in
Tension)
Hohe
5o
von
nung
p
\r
.h,
von
5o
d.h.
kleineren
dem
Luft)
sich
Meniskus
des
dius
Mit
ist
P
ausbilden
als
des
besteht
nung
0 (—
gibt
+
mit
eine
so
enge
eine
der
gefüllten
Krümmungsradien
der
ein
gegebenes
Hysteresiseffektes
folgt)
für
64
r
,
kann
so
Kapillarspan¬
d.h.
wenn
einer
Saugspannung angelegt wird,
das
bis
ab,
Pore
mit
verbleibende
Hilfe
der
Was¬
kleineren
angelegten Saugspannung entgegenge-
gleich große Kapillarspannung entwickelt.
aber
des
ergeben.
Menisken;
größere
eine
nchiete,
und
(jumikis, 1962):
zwischen
Beziehung
noch
der
r.
Wasser-Luft.
Wasser
lange
senk¬
(5.1)
letzten
ser
mit
ver¬
aufeinander
zwei
—)
Krümmungsradien
Boden
werden
Wasser-
Kapillare
engen
in
Radien
den
Kapillare.
(Grenzflache
der
in
kleinerer Ra¬
ein
r2
ri
gegebenen Bodenprobe
der
herrscht
Saugspan¬
eine
weiten
einer
in
Grenzflache
Richtungen
=
also
den
und
über
Hohe
Zustand
Flüssigkeit und Rohr¬
Kapillare
Meniskus
Saugkraft
die
Oberflachenspannung
6'...
Menis¬
(Kapillarspan¬
der
stationären
zwischen
Kapillarspannung angegeben
die
ist
Wasserspiegel
engen
einer
Radius
sich
stehenden
recht
in
höhere
eine
Krümmt
bunden.
den
von
Wassersaule.
cm
kann
wandung
gleich
im
dem
über
cm
wird
Saugspannung
h
wobei
gleichem Benetzungswinkel
Bei
Es
=
der
unter
Wasserspiegel,
freien
einer
steht
und
gehalten
nung,
Wasser
Kapillaren hochgestiegene
in
ken
poröses
jede
Medium wird
sich
(ob Benetzung
Saugspannung
ein
ganz
unter
oder
Für
Berücksichtigung
Entwässerung
bestimmter
er¬
Wassergehalt
Die
verbreitetste
basiert
der
auf
Tensiometern
das
Prinzip
der
bestehen
Sättigung
mit
Phase
durchlassig.
heren
Druck
nicht
benetzende
Sobald
verliert
Ihre
len,
Glas-
oder
temperaturen
die
Metallpulver,
Über
verschiedene
emrichtung
nicht
blem
Frittemperatur
Kristallisation
partikels hinausgeht
auf
daß
entstehenden Adhäsionskräfte
einer
naher
kommen,
und
eingegangen
beschäftigen,
geben
Im Eahmen
der
Meßeinrichtung
wie
diese
durch
hö¬
vom
die
über
Materialien
geforderten Saug-
Bestandteil
Es
soll.
werden
die
sich
Richards
sind
kann
Grenze
Aufbau
Wir
(1928)
bzw.
Pulver-
fuhrt.
auf
verweisen
mit
die
zu
Tensiometer-
einer
grundlegend
für
auch
des
Kornzusammenhang
zum
aus
Herstellungs¬
die
kein
die
Tonzel¬
poröse
bestehen
Frittzeit
und
eine
Materials
Charakter.
dabei
wobei
und
porösen
Fritten
noch
ist
umfangreiche Literatur,
eine
spezielle Arbeiten,
für
maßgebend.
einem
Möglichkeiten
besteht
Überblick
zu
dieser
nur
verschiedene
Diese
niedrig liegen,
schmelzflussig wird,
mit
des
Frage kommen
Metallfritten.
gesintertem Glas- bzw.
so
können
In
nur
auch
überwunden
Anwendung hangt
spannungsmeßbereich ab.
dieser
semipermeablen
den
es
bei
mit
Poren
innerhalb
die
genügend großen
einen
Material
Hilfe
benutzen
Poren,
Eintrittswiderstand
der
(Luft)
Phase
werden.
das
mit
(Corey, 1959).
mit
Material
das
die
lange
"semipermeable Sperre"
verwendet
daß
Saugspannung
höhere
bzw.
durchdringt,
Als
So
bleibt
sind,
gesattigt
(z.B. Wasser)
besitzen,
gesattigt bleibt.
Phase
Material
porösen
Phase
einer
Bodens
Tensiometer
Diese
"semipermeablen Sperren"
einem
aus
des
Saugkraft
(Laatsch, 1957).
sog.
Eintrittswiderstand
Phase
Bestimmung der Kapillarspannung
zur
der
Messung
von
Diese
Methode
hier
die
lediglich
diesem
einen
Pro¬
guten
(Baver, 1956).
vorliegenden
zur
Arbeit
Bestimmung
der
sollte
auch
eine
Kapillarspannung
spezielle
soweit
65
zusammengebaut
System
Das
war
tem
feiner
dem
eine
von
den
Meßanschlüssen mit
semipermeable Sperren
ein
geschlossenes Sys¬
Plasticschläuche
(Abb. 18). Über
nimmt
werden,
lesen
19
Abb,
Saugspannung über¬
die
Mikrovoltmeter
ein
direkt
Kapillarspannung
die
tentiometer
kann
in
einem Po¬
an
Millimeter
Mikrovoltmeter
das
zeigt
in
Druckgeber führt,
einem
zu
Membran
empfindliche
sehr
daß
vorgesehen,
so
Glasfritten als
ist.
anwendbar
Sickerströmungsversuche
weitere
für
sie
daß
ausprobiert werden,
und
abge¬
das
und
Po¬
tentiometer,
den
Bei
ersten
daß
bran
noch
im
einer
der
ergab grobe
Person
cherheit
den
jedoch
nur
etwa
4,lo
dieser
(Ein-
66
Teil
durch
und
Tatsache
Apparatur
die
endgültigen Betriebssi¬
zur
die
über
Länge
eine
zeigten,
Auslauf)
der
der
durchströmten
des
Länge
von
2,5o
m,
daß
mehr
im
Meßbereich keine
auftreten.
Überlegung,
daß
In
bis
Anbe¬
zur
end¬
Meßeinrichtung noch bedeutender
notwendig sei,
für
daß
Farbinjektionen und der Verlauf
und
gültigen Inbetriebnahme
Arbeitsaufwand
und
Strömungsmessungen erfolgten
Die
m.
Kapillarsaumobergrenze
tracht
ser
bis
ist
sind.
im mittleren
Randstörungen
Entfernen
Nähern und
das
Ablesefehler) abhängig
Hauptversuchen betrug
Strömungskontrollen
der
(selbst
Versuche
erforderlich
Sandkörpers
her¬
dann
TemperaturSchwankungen
sich kleinen
an
von
Apparatur
umfangreiche
noch
Bei
stark
zu
Bereich
sich
geschlossene Leitungssystem mit der Druckmem¬
das
aus,
stellte
Versuchen
eingehenden
mußte
auf
die
Verwendung
Hauptversuche verzichtet werden.
die¬
Abb.
18:
VeTsuchskasten
mit
aus
Plexiglas
eingefülltem band.
67
MIOHOVOLT-»
Klmll!!»»«»»«;««
IT'"* I
«»««»«•aa»«r»aaa
-
-maaaiaat'
9 5>
• •
i
Abb,
19:
Links
vorne
spannung
an
das
Potentiometer mit
direkt
die
in
mm
ablesen
Druckmembran
t
Skala,
lalit.
an
der
Rechts
angeschlossen ist.
sich die
das
Kapillar¬
Uikrovoltmeter,
6,
Sattigungsverteilung
6.1.
In
Arbeit
vorliegenden
Sickerstromung
Kapillarsaum
ist
u.a.
Kapillarsaum
im
Grundwasserspiegel abhangt.
Wie
in
untersuchen,
zu
Hohe
deren
von
4
Kapitel
weit
wie
über
dem
gezeigt wurde,
jeder Boden Wasser über den Grundwasserspiegel hoch-
vermag
Kapitel "Kapillare Steighohe"
Im
zusaugen.
hoch
wie
den
Stand
Derzeitiger
der
die
über
zeigen,
hochgesaugt wird.
Wasser
das
wieviel
untersucht,
soll
Dieser Abschnitt
kapillar gehoben
Wasser
wurde
und
dort
gehalten
wird.
Es
schon
wurden
teilung
des
verschiedene Versuche
Wassers
verstandlich kann
allein
nicht
der
tel
3.2.4.
Bestimmung
Wie
im
ner
Hohe
von
x
Boden
von
x
5
bei
spannung
nun
keine
die
von
Rolle,
wie
lediglich,
entstanden
passiver
falls
wurde
und
ob
einer
eine
Es
Saug¬
spielt
sind.
Dieser
Unterschied
sog,
so
daß
Ent-
Feuchtigkeits¬
darstellen.
durch
der
jedem
in
bestimmten
und
ei¬
Saugspannung
daß
angegebenen S-W-Linien,
dasselbe
Kapi¬
in
Saugspannung erzeugt wird,
Kurven
früher
nach
Kapillarsaum
gezeigt,
die
Kapillarität,
schon
im
Sorptionskurven
praktisch
die
noch
u.a.
Wassergehalt entspricht.
diese
Boden
einem
berücksichtigt.
Wasserspiegel
verschiedenen Autoren
charakteristiken
rung
herrscht
Weiters
bestimmter
wasserungslinien,pF-
ist
dem
gegebener Lagerungsdichte
ein
in
Aquivalentporendurchmesser
über
Selbst-
Kornoberflachen.
der
Faktoren nicht
Ver¬
erklaren.
zu
kommen
Dazu
Material
angeführt,
cm
Wassersaule,
cm
das
diese
werden
Kapitel
der
die
unternommen,
Kapillarsaum
spielen.
und
Poren
den
Porengroßenverteilung
die
Rolle
eine
der
Geometrie
Bei
über
Zu
beachten
Benetzung oder Entwässe¬
zwischen
Ilysteresis-Effekt,
aktiver
und
wurde
eben¬
behandelt.
68
(1937
Donat
b)
a,
bei
untersuchte
spannungs-Wassergehalts-Linien)
Wassergehaltes
15o
bis
0
von
der
von
Saugspannungen
bis
"Sorptionskurven"
Die
Abhängigkeit
Saugspannung
den
Saugspannungsbereich
1
zu
lo
wendet
log
den
er
S/4rensens
zu
Charakter.
pF-Wert
exakte
Adhasions-
tische,
zwischen
Der
dem
weil
wir
bei
loo
cm
bei
seinen
namentlich
eine
von
Loga¬
Ana¬
lo
von
000
Wassersaule
cm
Für
"S-W-Linien"
werden
die
unsere
Versuche
den
dient,
diesen
Bereich
Entwasserungsfall
nur
für
Wassergehalts- bzw.
den
Energie,
Für
die
die
meisten
klein
Bodenwasser
innerhalb
Meter
und
der
damit
von
ist.
Ver-
erhalten
maximal
genügt die
Darstellung.
Wassergehalts- bzw.
als
genau
Vereinfachung gestat¬
im
Saugspannung
verwendete
osmo¬
freien Wasserober¬
definiert.
erreicht
einem
eine
freier
in
die
ist
wird
und
ebenen
einer
Sande
etwa
Versuchen
Wassersaule.
für
69
000
000
berücksichtigt noch
Salzgehalt
der
unserer
Hohe
unseren
kurven
Die
ver¬
der
Logarithmus
Saugspannung
lo
von
Differenz
und
Klimabereich
Kapillarsaum
suchszeit
der
Bezugsgroße
humiden
im
weise
den
Gravitationskräfte
Bodenwasser
als
die
fläche,
tet,
den
logarithmischen
den
p
pF
Schofield
von
und
Briggscher Logarithmus
Boden
solche
eine
Saugspannung
Buckingham darstellt.
Einer
Wassersaule.
den
umfassen
vereinfacht
etwas
von
bedeutet
auf.
pF-Wert 7.
ein
Der
cm
somit
die
Für
pH-Wert bezeichnet
in
entspricht
und
der
"pF"-Wert,
speziellen
Im
Saugspannung
at
sog.
t>)
a,
b)
a,
mit
(freier Wasserspiegel)
0
von
Kapillarpotentials
des
rithmus
(1935
Schofield
von
(1938
Sekera
stellte
at
(etwa Ofentrocknung).
at
000
("Entwasserungskurven")
Kurven
gesamten Saugspannungsbereich
bis
des
der
Analoge
cm.
(Saug-
"S-W-Linien"
seinen
mit
von
Donat
Üblicher¬
Sattigungsverteilungs-
bestimmt.
Hingegen
Bewasserungsfall
Sattigungsverteilung
wurden
durchgeführt.
kann
auf
ver-
schiedene
Arten
sentlichen
Die
Methode,
ist
verwendbar,
Methode
wendeten
Zeit
ten
haltenen
sergehalt.
und
Zylinder
bestimmen
Nach
und
(l94l)
bestimmte
den
Wassergehalt
über
Elektroden
entlang
zerschnitten
(1955)
Boden
dann
er
isolierten
Bouyoucos
ein
und
konnte
in
u.a.
so
(l96l)
weise
mit
Rohren
in
stucke
den
einen
5
von
messen.
ent¬
Was¬
verschiedener
Wege.
als
Metallgitter
15
Potentialabfall
mit
cm
Spater
das
am
durch
die
die
wurde
Schluß
Glas¬
lo
in
Wassergehalt jedes
durch
Plasticfolien
(1948) Gipsblocke
über
cm
Teiles
den
der
Methode
"Sandwichelemente"
und
elektrischen
übrigen
vom
Widerstand
die
Feuch-
untersuchen.
füllte
verschiedenen
hohenversuch"
Den
den
elektrischem
ungestörten Bodenkorper nach
tigkeitsverteilung
Felitsiant
wurde.
darin
gravimetrisch.
baute
von
auf
Messingrohr ersetzt,
ein
dem
in
elektrischen
eingebrachten Drahten
bestimmte
Wind
den
Abstanden
in
Luthin
Glasrohre
die
in
konnte
und
Sandsaule
durch
Stucke
Wasserspiegel
unten
und
ein
der
Glaswand
rohre
freien
dem
oben
baute
bestimm¬
einer
(1953).
Day
Er
ver¬
Sand
jedoch mit Metall- statt
benutzten
Hohe
mit
jeden Zylinder
Plexiglasringen
Leverett
ange¬
Autoren
die
mit
zusammen
für
(1962)
Diese
Zylinder,
gesetzte
gleiche Methode,
Die
we¬
im
Saugspannungen
kleine
Mariotti
gestellt werden.
die
sie
ab
Sand
und
kapillaren Sättigung.
Wasser
nehmen
für
nur
Delarue
übereinander
in
Anwendung hangt
Saugspannungsbereich ab.
jedoch
von
der
dazu
gefüllt und
die
Ihre
werden.
untersuchten
vom
einfachste
führte
bestimmt
loo
und
lange Glasrohren schicht¬
Materialien,
(Kapitel 4)
cm-Teile
cm
Wasser
ließ
wie
aufsteigen,
bestimmte
für
jedes
beim
"Steig-
schnitt
dieser
die
Proben¬
Wassergehalt.
70
Eine
Möglichkeit
weitere
Wassergehaltskurve
und
Prehn,
hat
den
gewicht
daß
Vorteil,
wird
(etwa
Autoren
Verschiedene
mit
auf
diesem
das
Donat
(1937
gen
bis
Bei
dem
meter"
2oo
zu
Die
dem
sehr
damit
und
5oo
höhere
der
an
noch
Saugspan¬
beschriebe¬
(Ramsauer, 1937)
Als
verbesserte.
baute
auf,
semipermeable
die
entwickelten
grobporige
Saugspannun¬
"Vakuumkapillari-
Glassintermasse
ähnlich
wodurch
aufgebracht,
die
(van
beschriebenen
Sand
feinen
erreichbare
cm
dem
noch
eine
Schottschen
Saugspannungen
bis
Bak¬
zu
Harst
der
u.a.,
196l)
Kapillarimeterprinzip
bzw.
Kaolin
als
ent¬
und
benützt
semipermeable Sperre.
Saugspannungsbereich liegt
zwischen
Wassersäule.
Saug- bzw.
Kapillarspannungen
gehängten Saugspannung
Probe
kapillarimeter.
Das
verwendet
einen
Prinzip
ist
dasselbe
Wasser
aus
der
Probe
(Richards
und
Fireman,
Statt
auf
wie beim
zu
man
die
statt
Probe
Vakuum-
saugen,
wird
1943
Richards,
hinausgepreßt.
"Drucktopfapparat"
1948)
71
Kapitel 5
Glassinternutschen,
(1938 a)
die
gegebenen Druck,
Der
in
die
Gleich¬
WS).
Fischer
feinporige Sintermasse,
Für
es
b)
cm
ein
kleinere
"Grundwasser-Kapillarimeter"
"Sandkasten-Methode"
einen
25
l6o
für
möglich wurden.
spricht
Der
Zeit
allem
Methode
zuließen.
cm
auf
terienfilter,
at
sein
er
Sekera
von
wurde
äußerst
1
a,
verwendete
kurzer
benutzten
semipermeablen Sperren.
Sperre
1959).
in
ihr
vor
bis
nen
Prinzip
Corey,
Diese
(Slobod
dar
Zentrifugen-Methode
die
1959;
man
Sie
erreicht.
angewendet
nungen
stellt
Rode,
1951;
Bestimmung der Saugspannungs-
zur
arbeitet
mit
porösen
keramischen
Platten
a;
(bei looo°C
Stemgutmasse)
gebrannte
Drucke
mag
Die
bis
Platte
poröse
als
diesem
in
haben
wird
die
je
eine
lenter
durch
at
ist
in
Trennwand
aufzunehmen.
einen
Stutzen
Durch
die
Druck
zugeführt,
genau
Poren
eines
entsprechenden Bereiches
Bis
15
wird
at
Stakman,
dient
6.2.
u.a.
und
42
mm
bei
un¬
quantitativ aufgefangen werden.
verwendet.
der
ist
jedoch
es
Als
meist
(Richards,
bes¬
1947;
semipermeable Sperre
den
Sattigungsverteilung über
den
Kapillar-
Versuchssanden
vier
davon
1
Eohrabschluß;
Stuck
Wasserspiegel,
1
Stechspachtel
die
und
zur
54/59
mm
Durchmesser
aufgeklebtem Bronzedraht¬
mit
Schale
eine
durch
mit
Thermometer,
aufgezogenem Gummischlauch für
aus
Druck
den
Material:
fixierbarem
Delarue
durch
durchtreten,
"Druckmembran-Apparat"
1962)
Hohe,
als
derlichen
verwendeten
beim
größere Anzahl Aluminium-Zylinder,
gewebe
1
damit
wagen.
zu
der
Bestimmung
Verwendetes
Eine
äquiva¬
ausgetriebene Wasser kann
messen,
zu
obere
Cellophan-Folie.
eine
saum
und
Platte
abfließen und
Proben
Das
austreibt.
Ausflußmenge
die
ser,
bilde
und
Abteilungen
Beide
einem
luftundurchlässige poröse
die
Drucktopf eingebaut
Abteilungen.
zwei
wassergesattigte
Statt
ver¬
regelbaren
aus
teren
und
semipermeable Sperre
unter
Durchmesser
die
als
Stutzenverbindung nach außen.
Druckluft
Wasser
1
etwa
das
Überlauf
Trichter
1
Einfüllen
des
mit
Sandes,
Wassergehaltsbestimmung
erfor¬
Gerate.
und
Mariotti
Plexiglas.
Wir
verwendeten
für
ihre
wählten Metallringe,
da
Versuche
dadurch
Zylinder
die
Probe
Zylindern in
samt
den
den
eine
Fehlerquelle ausgeschaltet
gebracht und
Trockenschrank
werden
damit
konnte.
Versuchsdurchführung:
1)
Die
Zylinder werden entsprechend Abb.
ten
Wassergefäß übereinander gestellt und nach Kapitel
3.2.9.
2)
im
entleer¬
gefüllt.
Einstellen
ter
21
2o,
Zeit
des
konstanten
die
werden
abgebaut
für
und
nach
Wasserspiegels,
Zylinder
mit
bestimm¬
Stechspachtel
der
jeden Zylinderinhalt
der
einzeln
Wassergehalt
be¬
stimmt.
3) Berechnung
Tabelle
Sättigung
der
für
jeden Zylinder entsprechend
(S. 76).
8
Versuchsergebnisse:
Versuchsergebnisse
Die
als
Zeitpunkt
wurden
bei
Zeiten
nach
allen
konnte
der
S-W-Linie
Tag)
den
Endwert
diesem Teil
schriebene
S-W-Linie
von
der
-
23
zusammen¬
die
(l,
S-W-Linien
3
2,
bis
..•
festgestellt werden,
für
auch
übrigen
verschiedene
Tage)
14
daß
Zeit
nach kurzer
Im
der
be¬
untere
(weniger
als
1
nur
er
ist
für
die
Durchlässigkeit
dieser
kurzen
im
folgenden Kapitel
Bedeutung
von
Zeit
vollkommen
be¬
verläuft
-
unabhängig
Versuchsdauer.
den
gemessenen
keine
serspiegel
eine
serspiegelhöhe
73
und
erreichte.
nach
serspiegel
men
Sanden
bereits
relative
die
Nach
22
Versuchsbeginn.
nach
Tage
vier
Teil
In
lo
Versuchsbeginn
Dabei
stimmt.
Abbildung
Entsprechend den übrigen Versuchen wählten wir
gestellt.
hier
in
sind
kann,
denn
Werten
volle
loo
einen
auch
besteht
Sättigung.
Nehmen
#ige Sättigung
Knick,
die
der
in
knapp
an,
so
über dem
wir
unter
dem
ergibt das
Wirklichkeit
größtmöglichen
freien
Poren
nicht
unserer
Was¬
Was¬
in
Was¬
vorkom¬
Sande
Abb.
2oSättiQunasversuch
Maße
in
mmi
74
-.«»I
11.
Sand M
\
9.
1*
«4r
75
Abb.
21:
Sättigungsversuch
to
+
to
Ul
to
o
Ul
o
l-k
Ul
co
oo
Ul
so
o
Ul
to
OS
Ul
to
^1
*
to
o
Ul
o
00
so
t-t-
SO
Os
-vi
SD
*-
CS
I-*
Ul
Ul
Os
OS
Ul
to
to
to
Ul
CO
SD
92,82
Ul
I-»
Ul
Ul
I-*
Ul
1-^
o
Ul
Ul
to
oo
SO
OS
*-
Ul
Ul
Os
Ul
I-*
o
o
I-*
Ul
Ul
OS
o
o
Ul
Ul
to
to
to
Os
Os
oo
Ul
*-
Ul
*-
Os
o
SD
o
o
^1
Ul
to
-sl
SO
Ul
to
to
*-
o
o
o
o
so
*to
00
*
so
oo
to
so
*
SO
Ul
Ul
Ul
Ul
oo
Ul
oo
to
OS
*-
SO
OS
so
so
to
o
oo
*-
1-*
00
Ul
to
o
*
SO
OS
Ul
o
to
OS
o
I-*
oo
to
Ul
o
OS
-0
SO
Os
to
Ul
*
Ul
Ul
00
*
o
o
I-*
SD
Ul
so
•V4
to
o
oo
oo
so
so
SO
so
00
oo
o
co
*-
so
to
o
*•
1-^
oo
o
o
00
to
to
o
oo
to
to
o
o
to
o
Ul
to
Ul
Ul
Ul
*to
so
SO
Ul
Ul
oo
*o
Ul
Os
00
U)
Ul
o
SO
*
to
SD
Ul
to
to
so
to
o
to
Ul
*00
to
Os
Os
SO
oo
o
~J
*-
to
*-
00
Ul
*-
l-fc
00
1-*
ilsUl
Ul
to
to
o
oo
to
to
Os
to
I-*
U)
SO
(-*
Ul
©
to
so
o
*-
l-k
OS
Ul
to
54,75
Ul
to
Ul
to
to
Ul
co
to
oo
so
SO
•v)
SO
o
Ul
to
-0
es
Ul
o
o
SO
Ul
o
to
OS
co
Ul
Ul
*-
00
Ul
00
to
to
CO
so
CT*
00
Ul
Ul
o
to
o
l-k
*-
SO
o
o
Ul
*-
o
to
1-*
SO
to
Ul
SO
00
o
os
Ul
to
o
00
*-
os
to
to
Ul
to
SO
o
to
Ul
to
to
Ul
os
O
—
to
Ul
o
OS
SO
o
o
00
Os
SD
Ul
*•
o
o
o
o
oo
o
oo
OS
o
to
to
to
o
*
Ul
c
(Zylinder
Probe
Probe
w
=
1
W.
=
W2
"
-
Wc
über
Höhe
=
1
=
des
,,
+
+
n
loo
.
Zylinders
—
n
Gt
-r-
w
G
Schale)
Tara
Tara
Wasserspiegel
Mittlere
w
+
9-t
Sättigung S
Dichte
Gx
Probe
2
W„
Wassergehalt
Gt
Trockene
G
Gewicht Wasser
W
Tara
W2
Trockene
wl
Feuchte
Zylinder Nr.
g/cm
cm
%
%
g
g
g
g
g
1-3
P
B
W
P
(R
B
P>:
i-9
P
)SÖ9idtJossDM
77
jaqn
wo
Zweck
so
Wasserspiegel
dürften
messungen
auch
unter
nach
der
läßt
durch
sich
die
hauptsächlich
deshalb
mit
Luft
die
keine
vielen,
S-W-Linie
durch
Hilfe
die
der
daß
entstehen,
beschriebenen
eingeschlossene
Bedingt
dadurch
halten.
wir
ganz
wo
die
Methode
volle
daß
wir
knapp
dem
über
Die
kanpp
zu
Fehl¬
über
wie
Wassergehaltsmessung
nicht
möglich
war,
durch
Sättigung erreichen.
teilweise
nicht meßbaren Einflüsse
mathematisch nicht
erfassen.
Porenverteilung bestimmt.
S-W-Linie
Die
wurden
Sättigung erhielten.
Wasserspiegel,
dem
oben
$ige
loo
zu
Sättigungskurven
bzw.
gestreckt,
weit
eine
gewissen Höhe
einer
Wassergehalts-
gemessenen
diesem
in
Wasser
vermögen das
bzw.
der
Sie
Diese
ist
wird
pF-Kurve gefunden.
78
7.
Kapillarsaum
Perzeitiger Stand
7.1.
Die
Filterströmung
stem,
bei
füllt
dem
sind,
alle
stellt
(laminare Strömung)
Slichter
das
setz,
mit
Poren
die
Bodenhohlräumen
den
Für
dar.
(1899)
in
Art
Wasserbewegung
der
Fall
diesen
eine
gesättigten Sy¬
homogenen Flüssigkeit
einer
einfachste
im
der
Gesetz
zum
das
gilt
Flüssigkeitsmenge
die
Reicht
nicht
aus,
so
daß
spricht
(feste
Zweiphasensystem
Aus
dem
ein
Dreiphasensystem
(Boden,
Füllung
zur
(Luft)
Gas
erfüllt,
Hohlräume
chen
Darcy-GeWärmeströ¬
oder
Bodenhohlräu¬
Wasserdampf
Bodenteilchen,
Luft)
Wasser,
die
restli¬
ungesättigten System,
vom
man
aller
und
Wasser)
wird
der
Fil¬
aus
terströmung wird eine Strömung im ungesättigten System.
dem
schen
durchschnittlichen
Durchflußquerschnittes
besteht
rerseits
und
ein
durch
im
stationären
Mineralkörner
lässigung
ner.
und
Zwi¬
Größe
Saugspannung
der
der
Zustand
Reibung,
Verminderung
des
der
den
an
des
ande¬
5
lufterfüllten Hohlräume
ändert
das,
Mit
abnehmender
und
die
Sättigung
bei
geringem Luftgehalt verstopft werden.
Wir
vergleichen
mit
der
gröberen,
somit
Strömung in
die
einem
da
die
Strömung
System,
im
bei
eine
ge¬
wird
so¬
Durchlässigkeit
rascher
bei
Vernach¬
Durchflußverhältnissen nichts.
Durchlässigkeitsabnahme erfolgt
als
unter
Durchflußquerschnittes ergibt
Durchflußquerschnitt
Diese
die
so
den
79
der
Zusammenhang (siehe Kapitel
ersetzt,
ringere Durchlässigkeit.
mit
Wassergehalt
einerseits
enger
und
6).
Werden
Die
ge¬
in
analoge Form brachte.
mung
me
im
Sickerströmung
bei
feineren
klei¬
feineren SanPoren
schon
ungesättigten Medium
dem die
lufterfüllten
wir
erhalten
nahme
Medium mit
tigtes
chend
der
halt
und
wird
eine
ersetzt
Mineralkörner
durch
Hohlräume
ungesättigten Medium ein gesät¬
dem
aus
dieser An¬
Mit
wurden.
Durchflußquerschnitt.
kleinerem
Entspre¬
angeführten Abhängigkeit zwischen Wasserge¬
oben
bleibt
Saugspannung
nicht
k
mehr
Wassergehaltes
des
Funktion
und
konstant,
sondern
damit
Saug¬
der
spannung.
Buckingham
(1907)
und
Gesetz
mung
schlug
und
vor
zwar
v
*f
...
=
Richtung
potential
Form:
k.grad V=
-
von
sich
setzt
zeigt
Apparat).
Beziehung
ungesättigten
das
verallgemeinerte
für
auch
die
aller
Darcy-
Kapillarströ¬
j[|.
•
an,
daß
Potentiales
aus
zusammen
(7.1)
eine
die
Strömung
Gasdrücken
Versuchen
unseren
in
Gravitationspotential
kommt
Betracht,
Strömung
Das
erfolgt.
dem
osmotischen
Kapillarpotential
einwirkenden
Bei
diese
im
verur¬
Kräfte)
abnehmenden
außen
k
-
(Potential
Gravitationspotential,
aus
(1931)
Anwendung
negative Vorzeichen
des
Durchlässigkeit
in
der
auf
erster
dessen
Gesamtpotential
sachender
Das
und
Richards
System aufmerksam,
als
wohl
machte
Wassergehalt
zwischen
so
und
(z.B.
dem
im
in
der
Gesamt¬
Potential,
Potential
Druckmembran-
nur
das
Kapillar-
daß
wir
formelmäßig
und
anschreiben können:
V
M
=
grad
M
...
Z
...
M
und
+
(7.2)
und
Z
V= grad
M
+
grad
Z
(7-3)
Kapillarpotential
Gravitationspotential
Z
ergeben
in
cm
zusammen
Wassersäule
die
hydraulische Druckhöhe,
messen.
die
wir
80
Dazu möchten
wir
Beispiele anführen:
zwei
Beispiel
1:
fil
Verdunstung
mit
(Abb.
a).
ohne
Wir
serhaushalt
nehmen
2k
Im Punkt A besteht
M
=
-3.
Das
einen Ausschnitt
Gleichgewicht
im
Kapitel 5
nach
ein
einem
aus
Bodenpro¬
befindlichem Was¬
Kapillarpotential
Gravitationspotential beträgt +3
Einheiten
von
ge¬
genüber dem als Bezugsebene gewählten freien Wasserspiegel
(ebensogut
werden).
Punkt
ein
tential
im
im
Z
+
(-3)
=
sich
Punkt
auf
den
beträgt
B
=
(-i)
Punkten
Gesamtpotential
+
A
(4
(+3)
+
der
B
V.
besteht
%,)
-
A
Kapillarpotentiallinien liegen.
Wasserspiegel
unter
finde
Gleichgewicht
Die
sich
im
Anordnung entspricht
Hauptve rsuchen.
81
der
+1.
M
Das
=
-1
und
Gesamtpo¬
kein
zwischen
Unterschied
ihnen
findet
D
obwohl
betrachten
somit
und
denen
Wir
=
somit:
Strömung statt,
2:
h
gewählt
fi.
Potentiallinie
von
keine
Beispiel
=
Ebene
somit:
sich
(+i) -jrf.
und
Y=
horizontale
Vergibt
Gravitationspotential
yB
Zwischen
M
=
B befindet
besitzt
andere
Gesamtpotential
yA
Der
irgendeine
könnte
Als
die
ein
beiden
Punkte
Bodenprofil
Annahme,
(Abb.
unserer
der
24
mit
auf
verschie¬
geneigtem
Kapillarsaum
selbst
be¬
b).
Versuchsanordnung
bei
den
Bodenoberfläche
«
Verhinderung der
Verdunstung abgedeckt
zur
Z=4:1;
•
•
•
•;
j
•
:::;::;::::::;;;;;;::::::::::::
jiifc—4.
3;:jjj;j:jjjj;jjjij;j;j;j;jij;jjj£
2::::::::::::::;;;*;;:;;;;;;;;;;;
-3
JiiiH^
-2
1JiJiJi;i;j;j;;i;j;;;iiJ;j;j;;jiiljjjj^;;;;;;;;;;
2=0 "*""""*"! 1 """!*!"" 11 """!"*"!""
111
f
;;;•
"**"
-1
ihjlr^
0
freier
Wasserspiegel
Abb.
24
gewählte
zontale
a
hori¬
Bezugs¬
ebene
Abb.
24 b
82
C
besitzt
ein
Gesamtpotential V
heiten,
wahrend
das
Gesamtpotential
Punkt
-1
2,9
+
1,9
=
Einheiten
Kapillarpotentiallinie,
doch
Gesamtpotentialdif f erenz
eine
somit
ten
und
Wie
bereits
Strömung
eine
Methoden,
wurden
berechnet
Nielsen
Als
und
Daraus
über
daß
verändert;
die
sich
gemessen.
u.a.
bzw.
in
Leverett
und
Aus
der
Diese
die
Corey
_
aus
Gleichung
"
cfw
eTt
(7,1)
Erdolfor-
(1939),
Osoba
u.a.
(1954).
ist
gleich
Potentialgradient über die
Gradient
entspricht
einer
umgekehrt.
>
erhalten
für
Christensen
der
Kontinuitatsgleichung gilt
-
Saug¬
Durchflu߬
(7.1)
gesamte Probenlange
hoher
und
Tonplatte,
poröse
Analoge Untersuchungen
(1936),
ein
Durchlässigkeit
Ov
83
eine
(l96l)
(1952)
Boden
(l93l) befestigte
beschrieben
Biggar
u.a.
folgt,
cTx
und
werden.
Botset
und
Richardson
Geschwindigkeit
ringen
je
Tensiometern
mit
ungesättigten
Potentialgradient kann mit Gleichung
schung Wyckoff
Probenhohe
in
Saugspannungen hängte.
System Boden-Wasser-Luft
hoch.
Sicker-
C.
Bichards
Bodenprobe
einer
Durchlässigkeit
Die
Einhei¬
sein.
Durchlässigkeit
der
unterschiedliche
(1951),
o,8
Durchlässig¬
die
(1944)
je¬
=
zwischen
an
und
nach
Vn
-
Verhältnis
an
das
Y*= 'f
auf
das
bekannt
Enden
und
besteht
Kapillarsaum
verschiedene
spannungen
Punkte
ihnen
der
beiden
menge
beide
Aufgaben
Bestimmung
er
finden
von
Wassergehalt
es
=
Losung
im
gibt
r^
zur
stromung
Zur
bei
muß
gezeigt,
keit
und
D
Ein¬
1,1
=
zwischen
d
D
von
2,1
+
Punkt
vom
Wir
liegt.
derselben
-1
=
(7.4)
wir:
ge¬
</v
J
71
w
Wasservolumen
...
(7-M
Gleichung
i,Jjr_\
Ti (fc7T>
=
und
in
Volumeneinheit
pro
Gleichung
(7.5)
j-
Für
Durchfluß
vertikalen
erhalten
z
wird -y—
1.
=
Für
Mit
(7.2)
Gleichung
wir
-
z
Boden.
ergeben
£ £•<*•£>+ £
wobei
*\
<7-5)
•
die
nach
horizontale
oben
gerichtete
Strömung
wird
(7.7)
>
Ordinate
cTz
-p—
JtS
=
und
darstellt.
(7.6)
Gleichung
ergibt
Die
Einführung
zur
Wärmeströmung
eine
"Diffusions-Koeffizienten"
des
Aufteilung
analoge
des
Gleichung.
Gradienten
des
Dies
ergibt eine
geschieht durch
Kapillarpotentials
und
zwar
Ju
</M
d
entsprechend
eine
Funktion
kann
damit
=
z
der
des
cTw
Jw
'
7z
Bedingung,
»
daß
Wassergehalts
angeschrieben
das
Kapillarpotential einzig
darstellt.
Gleichung
(7.7)
werden mit:
^-^H^-fr'-Ti-
{7-9)
84
li
cTt
k
Sowohl
Damit
auch
ist
=
dieses
ten
wir
das
Produkt
=
der
für
hung
lichten
u.a.
Klute
(1957).
Youngs
Wassereintritt
gestörte
und
fand
einer
Boden.
bei
+
ergeben
sich
Wassergehalt abg
cm
/s.
Bezeichnet
erhal¬
so
Tz"
(7.1o)
Er
ungesättigten Sickerstromung
im
Childs
den
Philip
mehreren
des
verwendete
(1955),
Philip
Klute
(1959)
eine
als
um¬
Bezie¬
diese
darüber
Arbeiten
verwendete
für
die
veröffent¬
(1956)
u.a.
behandelte
Diffusionstheorie
eine
Eeihe
Diffusionskoeffizient
Boden,
daß
diese
Boden
von
zu
damit
beim
gegen
für
un¬
experi¬
Wassergehalt
Beziehung
d.h.
Diffusionskoeffizienten
Geraden.
bereits
Boden.
bestimmte
Beziehung
besteht
(1936)
Weitere
Besonders
in
Boden
Exponentialfunktion verlauft,
Logarithmus
85
der
(1952),
(1958, 1959)
die
Dimension
(7.9)
Bodenwasser,
den
mentell
vom
ein
Jw
der
(Diffusionskoefflzient),
D
sowohl
und
Gardner
k'-^c—
Strömung
Literatur.
das
Wassergehalt abhangig.
vom
Im
mit
Wasserverteilung
fangreiche
(7.9a)
cTx'
Anwendung der nichtlinearen Diffusionstheorie
Beschreibung
der
nun
-Jl'^'jz*
horizontale
Bezüglich
zur
sind
mit
4z.)t
.
c/w
Produkt
Gleichung
aus
Jt
auch
v
Jx
Bodenkennwert
man
für
-iL.(kM
auch -*t—
als
hangiger
und
Strömung
gilt für horizontale
Analog
in
der
Auftragen
Form
des
Wassergehalt
behandelten
Wir
da
er
verschiedener
Behandlung
und
dort
den
zu
noch nicht
die
es,
Diffusionskoefflzienten
obwohl
zubeziehen,
mit
der
den
jedoch
Steht
Diffusion
Probe,
die
te
Profil
Es
besteht
und
die
fließt
und
dieser
in
von
ein
wir
nicht
der
weit
mit
ein-
be¬
Vergleich
im
Osmose
usw.
wur¬
fuhren.
konstantem
konstante
einiger
mit
weiter
Wasser¬
Wassermenge
Zeit
über
das
durch
gesam¬
stationärer
Zustand,
tc-t
0 *
=
0
Stromungsgleichung lautet
q
als
=
des
(7-12)
<1>
Integrationskonstante.
Ausdruck
nach unten
re
nach
zweckmäßig,
Durchflußmenge.
k-4f+1>
nen
selbst
zu
Gefäß
eine
Überlegungen
Integration ergibt
Eine
mit
Arbeit
einem
oben
dabei
Untersuchungen
Losungen,
In
ermöglichte
Untersuchungen
theoretische
erhalten
so
dieselbe
erschien
Arbeit
wassrigen
Bodensaule
eine
spiegel
in
Rahmen
im
findet
Begriff hingegen
theoretischen
diese
in
die
für
er
Weitere
notigt wird.
Es
überprüfen.
zu
dieser
große Versuchsmodell
Das
Schrifttum angeführten
im
durch Versuche
den
ist
der
bei
Stromungsprobleme Anwendung
Literatur
finden.
zu
ausführlich,
allgemein bekannten Grundlagen gehört.
deutschsprachigen
der
so
Literatur
einschlagigen anglikanischen
der
in
Diffusionskoefflzienten
den
Gleichung (7.12)
Darcy-Gesetzes dar,
fließende
Wassermenge
Umwandlung erhalten
wobei
bedeutet.
q
die
Durch
stellt
von
eine
ei¬
oben
weite¬
wir
Tl^-k-
(7.13)
86
Integration
Eine
mit
M
J?S)
=
den
zwischen
Grenzen
z
Jfj (Wasserspiegel
=
z
z
=
(mit Saugspannung M) ergibt
und
Jm
(1
0
(1939)
Moore
Berechnung
lang
verwendete
k
von
nach
im
wurde
mit
Tensiometern
nach
unten
der
Die
Für
(1955)
führte
mit
Art,
beschrieben
wurde
q
setzte
solche
einer
auch
in
die
er
Versuche
Strömung
kurzen
Scott
und
(1956)
Gardner
von
ent¬
Saugspannung
eingebauten Boden¬
Saugspannungsmessungen
und
Medium)
als
suchseinrichtung
bestand
membran-Apparat.
Die
der
(7.14),
Durchmesser
zur
von
Abstän¬
Corey
Bestim¬
zur
kapillaren Durchlässigkeit (der Durchlässigkeit
ungesättigten
tion
Verdunstungsrate
gemessen.
dieser
(l96l). Gleichung (7,14)
mung
cm
Wind
ein.
entlang des Rohres,
den
2o
von
Versuche
durch.
konstante
Gleichung
Rohr
Feld
oben
eine
ein
Verdunstungsmenge
(7.14)
•
in
der
probe
q/k)
"
Zeit
Funktion
aus
und
damit
benützt.
Bodenprobe
einer
ausfließende
gemessen
von
M
Wassermenge
die
in
Die
einem
Druck¬
als
wurde
Durchlässigkeit
im
Ver¬
Funk¬
berech¬
net.
Die
kapillare Durchlässigkeit
durch
Berechnungen,
Durchlässigkeit
ste
in
basierend
wurde
außer
der
auf
stammt
bestimmt.
Irmay
von
.
.
.
.
87
relative
Durchlässigkeit
im
für
Sättigung
Sättigung,
be:
der
Wasser
(ungesättigtes System)
gesättigten System
vorhandene
k
die
einfach¬
(7.15)
kapillare Durchlässigkeit
Durchlässigkeit
Die
(1954):
<S-Sq)J
.
auch
Versuche
Kozeny-Formel für
gesättigtem Medium,
Gleichung dieser Art
durch
nul3
wird.
36
Abb.
enthalt
rechnete
Beziehung
nach
(Gleichung 7.15)
Irmay
Durchlässigkeit-Sättigung
be¬
für
Hauptversuche
7.2.
Mit
den
2
und
le
die
relative
Versuchssand K.
den
1
auch
u.a.
vier
untersuchten
dargestellten
Sanden
wurden
Versuchsrinne
Geschwindigkeitsmessungen über
führt.
sich
Die
jeweils
Tabelle
9:
12
zusammen
über
bei
den
Zeitraum
14
Tagen.
Durchgeführte Hauptversuche.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Sand
M
L
J
K
M
J
L
K
L
L
K
L
10
10
10
10
2
2
2
2
6
0,5
6
15
Bei
1
Gefal¬
erstreckten
Versuch-Nr.
Gefalle
Abb.
Kapillarsaum durchge¬
7 bis
von
den
in
(Tabelle 9)
Hauptversuche
einen
der
in
verschiedenem
%
diesen Versuchen
-Durchflußmenge
q
wurden gemessen
wahrend
-Sickergeschwindigkeit
in
der
Versuchsdauer
gesamten
Abhängigkeit
von
der Hohe
über
h
Wasserspiegel
-Barometerstand
wahrend
-Luftfeuchtigkeit
-Lufttemperatur
der
wahrend der
-Wassertemperatur
ganzen Versuchsdauer
wahrend der
ganzen Versuchsdauer
und Auslauf
Zu-
am
ganzen Versuchsdauer
der Rinne
wahrend der
ganzen Versuchsdauer
-kapillare Steighohe
der
Rinnenanfang,
-mitte
und
-ende
wahrend
ganzen Versuchsdauer
-Wasserspiegelhohe
der
am
am
Rinnenanfang,
-mitte
und
-ende
wahrend
ganzen Versuchsdauer
88
Pur
stellte
im
mit
Oberflache
der
deckung
locker
Zustand
Beeinflussung
Nach Einstellen
(ca.
richtige Wasserspiegelhohe
Plasticfolie
15
Der
endgültige Wasserspiegel stellte
in
spiegel
anfang,
-mitte
Sandes
des
Zeit
und
In
die
(Abb. 25).
erhalten
Bereich
diesem
der
Sohle
Rinnen¬
Befeuchtung
ersten
der
in
beobachten.
zu
durchsickernde
dadurch
wir
Versuchsrinne
aufge¬
am
Die
ist
Dort
Kapillarsaum
im
Steighohe
gesattigten Stromungsquerschnitt
dem
Kapil-
festgehalten.
Steighohe
größte kapillare
Rinnenanfang muß
zur
kapillare
gemessen
Wasser¬
Durchflu߬
Die
zu.
die
Was¬
und
Sand
der Versuchsrinne
Rinnenanfang.
am
nach
je
verschiebender
oben
Meßstreifen
die
-ende
beginnt
die
auch
menge
auf
Sohle)
auf
wurde
steigendem
Mit
ein.
nach
Auslauf
fortlaufend
wurde
sich
Durchflußmenge
die
am
Pluviographen
stellten
Ebenso
einem
von
Tagen
sich
nahm
larsaumobergrenze
menge
mit
weiter
wurde
drei
bis
einem
verhinderte
und Auslauf
über
cm
eingelassen.
und
3.2.9.
Ab¬
Die
durch Verdunstung.
Em-
am
ser
Gefalle
(Abb. ll).
eingebaut
einer
Niveaugefaße
der
einge¬
gewählten Sand nach Kap.
Kapillarsaumes
des
Gefalle
entsprechenden
im
dem
mit
Versuchsrinne
trockenen
eine
die
wurde
Versuche
die
Wasser¬
werden.
entnommen
eine
gerichteten
neben
der
senkrecht
eine
Am
parallel
dazu
gerichtete SickerStromungskomponente.
Dieselbe
Erscheinung,
Ende
sich
am
saum
parallel
dem
Wie
austreten.
in
zur
25
Sohle
(K)
Abb.
eine
diesem Bereich
(Abb.
89
Sand
jedoch
c)
in
Versuchsrinne.
25
d
oder
die
als
zeigt,
Stauung,
anheben
erreichte
umgekehrter Richtung findet
Hier
sickernde
Wasserspiegel
freien
sten
der
die
laßt
muß
Wasser
alles
im
Kapillar¬
im
Bereich
Hangquelle knapp
ergibt
die
sich
dabei
unter
darüber
beim
fein¬
Kapillarsaumobergrenze
(Abb. 26).
Beim
kapillare Steighohe
Sand J
am
Rinnenende
=3
>er
Waserpigl
w-
30
>
o
8
TO
i—i—i—i—i—i
i
1
i
Vers. 9
Sand L/6%
Vers. 6
Sand J/2 %
Tage
—i—i—h—i—i—i—i—i—i—i—i
i
1
j
c)
Steighöhen
Hauptversuchen
den
—i—i—i—i—i—i—i
'
/>'
Rinn inanda
Rinnt wmitte
Binm>nanfang
b)
bei
Kapillare
Vers 5
Sand M/2 %
:P^
a)
Gbb.25
i—
nach
i
4
Sand K/10%
Vers.
/'
-s*^
./"-
Versuchsbeginn
—i—i—i—i—i—\—i—i—i—i—-i
1
d)
1
1
«^
-
1-
auch
Bei
anfang.
Tagen noch nicht die Kapillarsaumhöhe
lo
nach
Sanden
den
Erscheinung
diese
L
und
Staues
des
(Abb.
M
nicht
Rinnenende
am
Rinnen¬
am
a) hingegen
25 h,
mehr
ist
fest¬
stellbar.
einer
Nach Erreichen
Stunden wurde
Glaswand
Streifen roten Farbstoffes
ein
9o
einer
mit
die
wurde
1,5
von
am
mm
Injektionsnadel
wobei
sich
bewährte.
besten
injiziert.
langsam
ein Nadeldurch¬
des
gen.
Wegen der oben beschriebenen Randstörungen
anfang
und
erfolgte
-ende
oben
5 mittleren Feldern der Versuchsrinne.
jektion
wurde
Filzstift
an
Abständen
der
Abb.
gen
dieser
in
Stand
neue
28
und
29
zeigen
beschriebene
die
In¬
Zeitangabe
in
regelmäßigen
jeweils
festgehalten.
Versuchsrinne
ist
Durchgang der Farbfront wurde das
an
der
Strömungsbilder
als
Anhang
Die
an
loo
% Sättigung
der
der
fällestufen
mittlere
eini¬
das
Glaswand
fest¬
Transparentpapier übertragen.
Hauptversuche
sind
1:5 verkleinert
Arbeit beigegeben.
Glaswand
überein.
auf
mit
deutlich
Pegelröhrchen
der
den
einem
Rinnenmitte
In
in
der
erkennen.
Diese
91
Farbfront
der
nur
gezo¬
Rinnen¬
mit
dann
und
am
wäh¬
nach
Sofort
genauer
fixiert
Strömungsbilder.
gehaltene Strömungsbild
genau
mit
und
Sand
zu
3.1
Kap.
Nach
Glaswand
der
26, 27,
Die
Farbfront
die
dem
aus
Strömungsmessung
die
Farb¬
dem Sandeinbau
Vor
rend
Einspritzens
nach
der
mit
Glaswand befestigt
der
an
24
an
Die
5 ml-Injektionsspritze
langen Injektionsnadeln,
cm
innerhalb
Messung der Strömungsgeschwindigkeit
zur
injektion erfolgte
messer
Durchflußmenge
konstanten
So
0,5;
bei
erhielten
2;
Abweichung
Filtergeschwindigkeiten
gemessenen
stimmten
den
wir
6 und 15
von
5,2 %
verschiedenen
für
den
% gegenüber
(Tab. 10).
Sand
L
bei
Gefällen
mit
den
nicht
Ge¬
dem
Mittelwert
Der
Versuch mit
eine
Abb.
26:
Strömungsbild des Versuches Nr.
jedoch der Versuchsnummer 4
3.
Der
gerade
ablaufende
Versuch mit
(h ) entspricht
SO
u
Abb.
17.S
27:
Strömungsbild
as
von
Versuch
Ol
1/
8,
Die
f1^*«-.
i
Zentimetereinte
-
so
—
ilung entspricht
•^
L<V\>»
'\\\
MJ?-V
rt>5
13«
:**
n/z;
der
Höhe
über
Hinnensohle
>©
Abb.
28:
"
in"
Strömungsbild
i.'
*•
zu
Versuch 10.
17*5
i>TS
Die
Zentimetereinte ilung
entspricht
der Höhe über Rinnensohle
3
ja
"i
c
a
:o
P
CO
Ol
95
Gefalle
einem
Versuchsdauer
dessen
dividiert
ist
nicht
an
vom
Gefalle
gültig.
10:
nicht
relativ
kurz
war
v'
Gefalle
-41
15
8,48.1o"4
9,o2.1o
daß
der
an
übrigen Strömung voreilte,
be
f, umgerechnet.
Geschwin¬
der
Gefalle
w
-46
2116
-4
-48
23o4
+39
1521
+55
3o25
Rinnensohle
führte
zur
Farbfront
die
daß
Vermutung,
bei
einem
horizontalen
Schnitt
entlang
der
Glas-
und
festzustellen
Versuchsende wurde
deshalb
Sandkorper
der
dene
papier
der
Damit
horizontal
Farbfront
übertragen.
rizontalschnitt
Zulaufwasser
strömte
geschlossene Farbfront.
Sandkorper
Stand
Ruckwand
dem
Neucoccinlosung zugegeben.
eine
in
Bei
zwei
ist
Darcy-Gesetz
Erscheinung
korper
de
das
V
'
m
9,5o.lo-4
8,63.lo~4
Beobachtung,
cm/s
v'
6
2
d.h.
1
gemes¬
auf
ein
<f,.
1
von
cm/s
9,48.1o
1
von
1
=
ge¬
Gefalle
das
verschiedenem
bei
ungenauere
Sickergeschwindigkeiten umgerechnet
%
o,5
durch
Abhängigkeit
lineare
Sand L
damit
und
wurden
Gefalle
ein
da
berücksichtigt,
gesattigten Bereich
im
ersichtlich,
Gefalle
Die
Glaswand
auf
beim
Die
senen
i
hier
nicht
eine
exakt
Tabelle
wurde
der
damit
und
dabei
digkeit
%
Sickergeschwindigkeiten
messenen
Es
Die
ergab.
Werte
10
von
mit
durch
Nach
einigen
Filzstift
Versuchen
verschiedenen
den
Sand-
sei.
Nach
gesamten
einiger
und
der
auf
erfolgte
Hohen
den
konzentrierte
eine
aufgeschnitten
einem
durch
der
diesel¬
über
Zeit
wur¬
vorgefun¬
Transparent¬
dieser
Ho¬
dem Wasser-
96
Spiegel.
Dabei
war
wesentliche
Veränderung der horizon¬
Geschwmdigkeitsverteilung festzustellen.
talen
horizontalen
zeichneten
zelnen
Versuche
zontalschnittes
Dieses
Strömung entlang
an
Umstanden
wahrend
er
im
der
locker
geschüttete
der
An
Glas-
Ruckwand
und
wird
sein
der
wie
größere
7.3.
Als
in
der
und
Glas-
des
wird
höheres
ein
beiden
Strom-
Seiten
bei
der
und
sich
infolge
der
Setzung
nicht
Sandkorpers.
ein
Ruckwand
Wir
etwas
bei
erhalten
Porenvolumen
Befeuch¬
und
so
der
stark
damit
an
eine
Sickergeschwindigkeit.
Auswertung
Schritt
erster
mungsbilder
wurden
umgerechnet und
verglichen.
fundene
v
Mitte
Ruckwand
Ilon-
des
jedoch der Umstand
Sandkorper
Setzung hervorgerufenen Reibung diese
und
findet
auf
durfte
belastet
ein¬
gerade Begrenzung
eine
Sandkorpers
des
Wesentlicher
tung durch die Kapillarkrafte
setzt.
der
Hohe
Glas-
der
Seite
einer
Innern
muß.
passieren
daß
auf
aufge¬
so
Anhang beigefugt.
im
Erstens
zugeschrieben.
Glaswand
der
der
Angabe
Voreilen der
faden
sein,
ohne
Stromungsbildern
zwei
Korner
deshalb
wurden
Die
Geschwindigkeitsverteilungen
den
wurde
vor,
keine
diese
mit
den
Dazu wurde
Das
im
die
Geschwindigkeit
v
=
—
.
zu
v
gefundenen Stro-
entsprechende Durchflußmengen
im
gemessenen
horizontalen
der
der
an
auf
Schnitt
einen
über
der
den
max
Tabelle
11
als
Werten
vorge¬
mittleren Wert
Querschnitt mitt¬
Glaswand
m
wurde
v
der
Pluviographen
Verhältnis
Geschwindigkeit
netj c£
Auswertung
auf
Geschwmdigkeitsverteilung
umgerechnet.
leren
der
in
beobachteten
Reduktionsfaktor <£ bezeich-
zeigt
den
bei
den
einzelnen
Ver-
max
suchen
ermittelten Reduktionsfaktor
Glaswand
97
beobachteten
oC
,
mit
dem
die
an
Geschwindigkeiten multipliziert
der
werden
mußten,
erhalten.
zu
die
den
zusammengestellten
solcherart
der
auf
keine
praktisch
der
Rinne
chenden
Porenvolumen
das
der
11
dem
mittleren
Wert
mehr
enthalt
tatsächlichen,
hoch
zu
im
die
Bereich
trat
und
den
dem
.
Gean
die
ganze
das
durch¬
dem
entspreVolu¬
ersetzte
Durchflußmenge
Werte
durften
des
Bostoniakitt
mit
hohe
der
des
Werte
sem
Abschnitt
Beobachtung schließen,
gen
bei
zu
groben Sanden
Kapillarsaumhohe besitzen.
prozentmaßig
weit
Durchflußmengen
darauf
ergeben mußte.
und
Bei
starker
L
<£. auch
Darauf
in
laßt
nur
auf¬
die¬
auch
größeren Abweichun¬
ergaben,
diesen
sein,
Strömung
U-Profiles
ausgefüllten
die
Die
zurückzuführen
vorgeeilte
Reduktionsfaktors
sich
die
q-Werte.
gemessenen
Glaswand
daß
M
auch
q
dem
und
allgemeinen gut uberein.
im
Rand
Verwendung
Stromungsbild
Pluviographen
die
nahme
mit
gemessenen
dem
aus
unteren
die
den
auf
damit
wir
Hohe,
zur
tatsachlich
das
Pluviographen
stimmen
berechneten
am
reduzierte
bis
Multiplikation
ergibt
neben
mit
beiden Werte
daß
^m
stattfindet,
erhalten
so
Reduktionsfaktor oC berechneten
Die
Berechnung
sollte.
entsprechen
Tabelle
mit
ein¬
Rinnensohle
o
n
weitere
dem
von
Eine
Vc.
oder
einen
bezogen,
Sandvolumen
die
jedoch
ist
Reduktionsfaktor„£
Strömung
strömte
men,
Werten
mittleren
einen
schwindigkeitsverteilung
Breite
Für
erkennen.
zu
deshalb
wir
Querschnitt mittlere Geschwindigkeit
dem verwendeten Versuchssand
mit
Gefalle
gestellten
verwendeten
Wird
Aus
Helation
keine
den
über
eine
um
wirkt
die
eine
sich
die
kleinere
Fehlan¬
aus.
98
Tabelle
11:
Kennwerte
Hauptversuche
der
CO
CO
r<"i
fN
B
CD
H
a
CO
u
CO
es
CO
«
co
o
cd
o*
-p
-p
a
tu
J4
J4
cd
bD
cö
OS
sc
e
«H
<H
CO
cn
C
S
o
o
1H
rH
-C
J3
ü
V
r<
Sh
3
a
3
1=1
CD
a
cd
qj
3 ca
cö
3
-p
-p
a
-C
<h
JS
cd
H
H
rH
rH
u
rH
-P
-P
CO
«H
3
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.ü
OJ
3 rS
«rj o
CD
o<
s
a
-3 .*
T3
Ö
3
CD
M
CD
-P
u
J4
0
e
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T3
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rl
a
rl
H
CD
0)
Hl
CD
0)
CD
CD
O
03
«
3
cö O
0>
>
ce
OT
-o
a
1
M
lo
o,8o4
o,7o9
2,oo
2
L
lo
o,882
o,8o3
1,49
2,69+
2,57+
3
J
lo
o,86l
o,837
1,21
l,3o
4
K
lo
o,938
o,9o7
l,o9
1,12
5
M
2
o,912
o,845
1,29
1,53
6
d
2
o,798
0,753
o,26
o,29
7
L
2
o,9o3
o,9o2
o,41
o,5o
8
K
2
o,879
o,848
o,19
0,23
9
L
6
o,923
o,866
l,o4
1,52
10
L
o,5
o,934
o,886
o,lo
o,12
11
K
6
o,9o2
o,852
0,53
o,6o
12
L
15
o,873
o,662
3,35
4,lo
Iß
Bei
diesen
lange
so
99
<^
Sh
co
-\
h
ü
a
O
1
60
a
3
a
S$
SR.
i
cq
o
nicht
gut mit
zwei
S
Versuchen
ausgenutzt.
den
O
wurde
Die
gemessenen
CD
o
-O X
die
Werte
uberein.
4,2o.lo~1
l,94.1o_1
l,2o.lo-1
5,99.1o~2
6,35.1o-1
8,21.1o~2
l,71.1o_1
5,12.1o"2
1,36.lo-1
l,76.1o-1
3,96.1o"2
o,37.1o_1
verfugbare
stimmen
daher
Rinnen¬
nicht
Beispiel
Abflußkontrollrechnung
3:
und
l
keitsverteilung
im
Anhang
zu
entnehmen).
betragt f
dividierte
Rinne
Weg
Dividiert
messenen
Wert,
r
Die
Farbfront
Minuten
.cm
148,2
GeschwindigQuerschnitt
Gesamtflache
der
cm
.
ergibt
Die
durch
den
im
die
Sand-
Breite
Mittel
in
der
zurückgeleg¬
in
in
cm.
erhalt
so
man
148,2
=
158^0
durch
Glaswand
der
an
Reduktionsfaktor oC
den
ge¬
.
°'938-
der
an
den
0,Q
=
Glaswand:
zwischen
Zeitpunkt
0
und
der
Vorderseite
Vorderseite
der
Minuten
planimetriert
wurde
Das
.cm
=
Flache
zum
Das
tragt
f
Flache
Strömungsbild
front.
2
2963,2
=
diesen mittleren
man
*
b)
horizontale
K
von
^
2
Die
Sand
mit
4
ausgeführten Querschnittes durchströmten
des
schichte
ten
dem
Horizontalschnitt:
Hohe
der
und
horizontalen
sind
a)
Versuch
fi (Strömungsbild
lo
=
-
und
ergab
1428
Minuten
durchflossene
V„
F.b.oC
=
der
injizierten
derselben
eine
Farb¬
nach
Flache
F
Sandvolumen
1428
924,5
=
V„
be
somit
=
b
Das
in
und
damit
dieser
die
Zeit
in
m
9245.2o.o,887
tatsächlich
dieser
Zeit
=
V„.n
=
16
durchflossene
36o
cm5,
Ilohlraumvolumen
be¬
durchgeflossene Wassermenge
tragt
q.,no
^1428
Pro
Sekunde
S
mm
erhalten
wir
1,17
=
163 6oo.o,6l
cm
=
99
800
3
cm
.
.
100
Für
die
Durchflußmenge
eine
q
Im
Mittel
q
die
1,12
=
analoger Hechnung
/s.
cm
somit
betragt
nach
es
von
1,08
=
Durchflußmenge
ergibt
Farbfront
hintere
cm
aus
/s.
Stromungsbild errechnete
dem
Die
tatsachlich
viographen gemessene Durchflußmenge betragt 1,o9
die
Für
im
allein
Sand
ist
schwindigkeit
von
der
an
für
den
Sand
In
findet
eingestellten
statt.
Geschwindigkeit
der Versuchsrinne
ausschließlich
freien
diesem
hung gebracht.
nen
Abhängigkeit
Tabelle
12
der
Abb.
30
bis
33
parallel
diese
enthalten
über
dem
von
der
wurden
Hohe
für
dem
über
nur
k
in
bei
den
der
den
die
Sand M
k
der
halbes
Mittelwerte
die
relative
=
.
einzel¬
k
in
der
ka¬
Durchlässigkeit
-r—
dw
in
Bei
gegeben.
Bei
und
verschiedener
der
kapillaren Durchlässigkeit
Gewicht
bei
Bezie¬
Wasserspiegel.
Wasserspiegel bestimmt.
Mittelwerte
1
die
Kapitel
in
mit
Soh¬
zur
gefundenen kapillaren Durchlässigkeiten
Diffusionskoefflzienten D
Versuch
101
und
und
in
wurde.
Strömung parallel
eine
Wasserspiegel
u
Hohe
die
nur
gemessen
ungestörten Bereich wird die
pillaren Durchlässigkeit,
die
auf
Sickergeschwindigkeit
die
angegebene Sattigungsverteilung
Versuchen
Umrechnung
Die
Ilauptversuchen gefundenen Durchlässigkeit
den
In
daß
Feldern
fünf
diesem Teil
6.2.
gemessenen
vorhandene
ß.
angeführt,
In
maßgebend.
v
Sickerge-
ungestörte
Geschwindigkeitsver-
Versuchsrinnenmitte
in
/s.
cm
maßgebende Geschwindigkeit erfolgt mit dem Ee-
mittleren
zum
le
wurde
Glaswand
der
dukllonsfaktor
Oben
etwa
Geschwindigkeitswert
minimale
also
horizontalen
der
bei
teilung praktisch der
den
vorhandene,
dem Plu-
mit
Berechnung
wurde
dem
diesem Versuch
Abb.
30
Y
J»
Sand M
/'« 2%
10%
20-
s
&
(0-
3
s
s
6
a
e
a
cm/s
Abb.
31
Sa/wT Z.
-«-x-
2 %
%
6
8,
*>-
-«—-
f
10 %
15 %
"^
l
Juu.
6
8
'
6
a v
g
cm/s
Abhängigkeit der kapillaren Durchlässigkeit
spiegel
für
Sand M
(Abb,
30 ) und Sand L
k
von
der Höhe über Wasser¬
(Abb, 31)
102
mb.
32
Sand J
i=2\
_
10
t
'
20-
\
8
U
2
a^
6
ku
4
6
a
4
6
8
^
cm/s
33
Abb.
Sand
K
1=2%
6%
1
10%
30'
!
\
i>
2o
•a
k
s
—V
V
-
_L
a%
0
,_
cm/s
Abhängigkeit
spiegel
103
für
der
kapillaren Durchlässigkeit
Sand J
(Abb, 32)
und
Sand K
k
von
(Abb, 33)
der Höhe
über Wasser¬
§
30
!
\
^
20
Y
x
M
8
s
\
L
4
6
34:
Abhängigkeit
über
wurde
für
saum
ebenso
die
bei
wie
verwendet,
der
so
für
Versuch
2
die
vier
nicht
daß
die
die
erhaltenen
ganze
über
Tangente
Wird
die
Beziehung
an
die
S-W-Linie
dM
(Abb. 22)
"Diffusionskoeffizient
sollte
Diffusionskoeffizient mit
sich
nach
Gardner
-
Kapillar¬
die
stellt
dw
halblogarithmischem Papier aufgetragen
linearer,
eine
Ge¬
die
Nei¬
dar.
Wassergehalt"
(Wassergehalt
logarithmischer
(1958, 1959)
der Höhe
von
Einnenlänge
den
nicht
Werte
übrigen Versuche besitzen.
der
k
Versuchssande
Strömungsverteilung
der
gung
auf
kapillaren Durchlässigkeit
Wasserspiegel
Messung
nauigkeit
der
V
cm/s
u
Abb.
S
Gerade
mit
Teilung),
ergeben.
104
Tabelle
12:
keit
k
,
gemittelten kapillaren Durchlässig¬
der
Bestimmung
relativen
der
Durchlässigkeit
k
Sand
M
Höhe
schiedener
Punkt
Wasserspiegel
cm
$
w
Versuch
1
k
in
des
ver¬
Wasserspiegel.
5
4
1
2
3
0
5
7,5
10
12,8
6,5
3,o
2,8
Versuch
.
,
5
4,2o.lo_1 3,82.lo-1 2,35.1o_1 5,o3.1o-2
0
cm/s
6,35.1o-1 5,53.1o_1 2,o3.1o_1 l,91.1o-2
0
cm/s
5,63.1o_1 4,96.1o-1 2,14.1o_1 2,95.lo"2
0
'
k
'
u
.
19,0
29,5
cm/s
u
'
mittel
u
dem
den
über
Höhe
k
über
für
D
und
rw
u
Diffusionskoeffizienten
o,88
1
k
rw
dM
oo
3o,8
oo
15,3
dw
o,o5
o,38
0
172,5
28,4
o
D
/s
cm
bestimmten
Wir
folge"
N
(Ackerl, 1956)
Punkten,
gleichende
deren
zu
finden,
105
"ausgleichende
als
mit
der
Koordinaten
Forderung,
(X,Y)
Gerade
für
einer
die
gegeben sind,
5,o8
Punkt¬
Anzahl
eine
von
aus¬
Gerade
Y
werden
diese
6,o7
=
wobei
sollten.
A
+
B.S
beiden
Koordinaten
Verbesserungen zugeteilt
0
Da
der
nachfolgend mit dem
die
daß
vorausgesetzt,
bezeichneten Koordinaten
und
Die
_M
v
"
r
Schwerpunkt bezogen sind.
den
M
_
S
Cxr3
=
[x
-
fYr}
=
(Y
-
Abstände
so
v
(7.16)
N
xs]
Ys}
der
=
o
=
0.
(7.17)
getroffen werden,
der
annehmen
mit
Geraden
daß
Punkte
gegebenen
Kleinstwert
einen
Neigungswinkel
y
von
soll.
der
Quadratsumme
ausgleichenden
Bezeichnet
besteht
so
,
die
die
man
den
Beziehung
(7.18)
v=Yr-Xr.tg^
vy.cosy=v,
es
Index
unteren
"
'
N
S
Lösung soll
Geraden
und
wird
gelten
es
aller
Schwerpunkt
lauten
Koordinaten
x
auf
den
Vereinfachung ergibt,
eine
Wertpaare rechnungsmäßig
Seine
in
Verlegung des Koordinatenursprungs
die
entsteht
v
=
Y
Der
Neigungswinkel
der
Betrag
(wj
=
.cos
der
\T
-
X
(7.19)
.sin r.
Geraden
(YrYrJ.cos2^
ist
+
nun
so
zu
bestimmen,
(yg.sin2^-
daß
fx^.sin
2
y
(7.20)
den
verlangten Kleinstwert annimmt,
was
für
106
&JZ&-
=
0
=
-CYrYr3-sin
2
jr
+
[x^.sin 2^-2 Cx/^-cos
2
jf
(7.21)
eintritt.
Hieraus
sich
ergibt
2
tg
Für
die
Bestimmung
zur
r= [x
Ausgleichung legten wir
im
System mit dem Ursprung
In
2[XrYr]
x 5-cy
Tabelle
für
13 wurde
Geraden
berechnet.
Tabelle
13:
den
des
Berechnung
für
Geraden
den
Xr
Punkt
X
Y
(1)
( + oo)
(5,9)
i
y
/"die
von
in
•
Abb.
35
0
Punkt
0
(w
Sand
M
der
=
ein
j6,
Sand
D
Koordinaten1. lo
=
Neigungswinkel
Neigungswinkels
den
Gleichung
\r
der
Yr
\^Ä.Y"
XrYr
YrYr
3,9
+
1,4
+1,9
1,96
2,66
3,61
3
8,9
1,3
-o,6
-o,6
o,36
o,36
o,36
4
8,7
o,6
-o,8
-1,3
o,64
l,o4
1,69
2,96
4,o6
5,66
[ ]
28,5
5,8
9,5
1,9
SM
(o,3)
+
o
„
g
/
107
V" der
M.
lo,9
(-«,)
/s).
ausgleichen¬
2
(5)
cm
0
2rXrYrl
,r
r
=
0
=
IX^-tY^^
54° 12,5'
2.4.o6
=
2,96-5,66
8,12
=
.
=
"
2,7o
,
"3'01
00
o
PÖÖ. 35
Abhängigkeit
-
Wassergehalt
Diffusionskoeffizient
Diffusionskoeffizient
D
y
cm^/s
ausgleichende
Gerade:
Auftragen der
Das
lässigkeiten
Abhängigkeit
in
vier
Versuchssanden
u.a.
nach
konnte
mathematische
ven
essierende
großen,
mit
zu
sollten
Aufstellen
Das
liegen.
S-Kurve"
Umfang
Es
losbar.
den
mit
oben
einer
Andererseits
gesättigten
sind
wir
Medium
Saugspannung
zu
"S-W-Linie"
zu
für
der
Porenvolumen und
ist
berechnen.
Lage,
Als
"k
die
rw
mit
Kurven
vier
fünfzehn Kurven
Berechnung der
zur
"rela¬
Beziehung
wurde
vor¬
"k
daher
den
sprengen.
mit
einer
inter¬
uns
Materialkenn-
die
finden,
mindestens
Formel
Arbeit
in
bei
und
messenden
geforderten Bedingungen
vorliegenden
der
(Abb. 36).
Kurve
das
Jedoch
Funktion
dafür
angenommene,
berechnende
Korndurchmesser,
eine
Durchlässigkeit-Sättigung"
tive
nicht
allgemein
den
bei
gefundenen Regressionskur¬
den
einfach
Oberflache,
zu
entwickeln.
wirksamer
z.B.
wie
bisher
nach
man
Sättigung ergab
der
von
die
Formeln
Problem,
spezifische
die
nicht
Durch¬
relativen
errechneten
(Gleichung 7.15)
Irmay
Grundsätzlich
12
Tabelle
in
die
Sickerstromung
Tensiometern
im
un¬
messenden
zu
Unterlage benotigen
wir
dazu
-S-Kurve".
Berechnung der kapillaren Durchlässigkeit
Beispiel
k.
Gegeben:
Sand
K
mit
effektiver
Durchlässigkeit
k
=
5,o2.1o
_2
w
cm/s,
36),
S-W-Lime
die
Die
25
von
Nach Abb.
besteht
23
Sättigung
69 f>
ein
k
cm
WS
23),
bzw.
bei
bestimmt
die
69 $.
von
0,60 abgelesen
Damit
k
=
für
kann
eine
gemessene
werden.
aus
werden
Abb.
und
von
36
25
bei
wir
—2
=
3,ol.lo
-2
cm
WS
einem
erhalten
von
o,6o.5,o2.1o
(Abb.
-S-Kurve
k
Saugspannung
einer
von
kapillare Durchlässigkeit
109
22
kapillare Durchlässigkeit soll
Saugspannung
ne
(Abb.
cm/s.
ei¬
S
von
eine
Für
die
können
verwenden,
'
q
k
...
...
diesen
d.h.
q
k
=
^
Sickermenge
analog
.F.i
u
(da
im
k
zum
k
auf
ungesättigten System
voller
bei
1
=
1
Sättigung
reduziert
wurde).
'
u
(cm /s)
kapillare Durchlässigkeit
(Durchlässigkeit
bei
unvoll-
Sättigung) (cm/s)
...
durchflossener
...
Gefalle
Spannung
1
Wert
Sickermenge
standiger
F
der
Berechnung
wir
^cm
Querschnitt
mit
der
angegebenen Saug-
;
110
8.
Vergleichsversuche
Bestimmung der kapillaren Durch¬
zur
lässigkeit
Dr.
Prof.
che
Richard
F.
Versuchswesen
die
weise
mit
den
bei
die
der
der
entspricht
chardson
flussige
die
nur
(1952)
u.a.
und
sigkeit
der
Bodenprobe
durch
die
befindet
(Abb.
sich
in
abgeschlossenen Plexiglasrohr
messer
und
157
mm
Lange.
gelhohe),
fende
groß
die
wie
Wassermenge
wie
die
Einlaufwassermenge
die
zylinder aufgefangen.
rohre)
fixiert
te
Probekorpers
des
branntem
der
bei
Ton
den
Die
Phasen
als
66
mit
daß
Flüs¬
Enden
semipermeable
mm
erfolgt
beiden
an
Innendurch¬
aus
Bürette
einer
(Einlaufwasserspie-
E
Flasche
wirkt.
auslau¬
Die
endgültigen Messung gleich
sein
wird
muß,
in
Zwei
bis
Tensiometerrohrchen
die
Lange
Gültigkeit
des
Darcy-Gesetzes
1'
einem
(verengte
über
zeigen
beschrie¬
38):
37,
AuslaufWasserspiegel.
die
beiden
Austrittsoffnung
reichende
Ki-
Unterschied,
einem
Höhe
in
Mariottsche
eine
q,
Einlauf
Der
(bubbler)
Lufteinlaßstutzen
(1951),
strömt,
Sperre
mit
den
der
Apparatur
(l96l)
dem
(Stahlfritte)
Stahlfliterplatte
eine
statt
Probe
gebauten
Werte
Die
u.a.
Biggar
mit
jedoch
Versuchsapparatur
(Sand)
erhaltenen
und
Nielsen
forstli¬
freundlicher¬
Luthm
nach
Osoba
von
(Wasser)
Phase
durch
Gas
Beschreibung
Die
und
den
das
für
kontrollieren.
zu
wesentlichen
Versuchseinrichtungen,
benen
ihm
von
Hauptversuchen
kapillaren Durchlässigkeit
im
Anstalt
Eidg.
Birmensdorf/Zurich gab
in
Erlaubnis,
Apparatur
von
Me߬
Glas¬
die
in
aus
vorhandene
Mit
ge¬
Saug-
spannungsdifferenz 4P'.
Unter
Annahme
gesättigten
mittlere
der
Bereich
laßt
sich
Saugspannung
Durchlässigkeit
Pt,-P.
Üj
P
111
die
für
A
-—2~
berechnen
den
für
aus:
un¬
die
Abb.
36
d«a-
700% S
Abhängigkeit
-
Sättigung"
und
Kurve
"reiative
bei
nach
den
Durchlässigkeit
-
versuchssanden
Irmay
für
Sand
K
112
Abb.
38
Probe
Tensiometer
1
2
kapillaren
zur
Messung
Bürette
Meßzylinder
4
der
3
Durchlässigkeit
Versuchsapparatur
Abb,
37:
Messung
der
Schemaskizze
Versuchsapparatur
zur
kapillaren Durchlässigkeit
der
c-x
k
=
Die
gesamten Saugspannungsdifferenz AP
der
aus
dicke)
(Probenlange plus
1+1,
samtlange
mal
2
(8.2) (Terzaghi, 1925)
auch
mit
Ge¬
Gleichung
Bestimmung der für
zur
der
und
Filterplatten-
Gesamtdurchlassigkeit kann
berechnete
Probe
die
maßgebenden Durchlässigkeit verwendet werden.
allein
1,
1
_g£i
I
_f_E
k
k
k
,
ges
1
(8.1)
/JP'.F
u
(Probenlange
Gesamtlange
...
<=
ges
K(g
*
2)
'
'
fp
plus
1
o
\
Filterplatten-
mal
2
r
r
dicke)
k
Gesamtdurchlassigkeit
...
ges
1
Lange
k
Durchlässigkeit
2
1„
....
k.
....
Bei
sehr
der
Probe
der
Probe
Filterplattendicke
mal
fp
Durchlässigkeit
der
darf
Boden
feinkornigen
Filterplatten
sigkeit vernachlässigt werden,
als
dendurchlassigkeit
werden
Wir
diese
unbeschrankt
Vergleich
im
durchlassig
zur
Bo-
angenommen
kann.
erhielten
bei
sung
Oedometer
im
Verhältnis
anteils
ähnlich
der
bei
dadurch
wand.
Es
ratur
von
der
hohe
zu
Durchlassigkeitsmeseine
Folge
des
Probenquerschnitt großen
bedingten Eandstorungen
von
Durchlässig¬
Prof.
Dr.
Eichard
sein.
ergibt
im
Wand-
Nach
die
Ap¬
feinkornigen Proben zutreffende Werte.
Hauptversuche
erfordern
viel
bei
(siehe Kapitel 3.2.5),
persönlicher Mitteilung
paratur
wie
durchströmten
zum
und
diesen Versuchen
durfte,
keiten,
Das
Unsere
Filterplattendurchlas-
die
da
jedoch
wäre
einen
daher
Prof,
ahmen
Dr.
sehr
sehr
die
großen Arbeits-
vorteilhaft,
Richard
kapillaren Durchlässigkeit
sehr
Feldbedingungen
allgemein
verwendet
die
wenn
für
und
die
werden
gut nach,
Materialauf¬
Versuchsappa¬
Bestimmung
konnte.
der
114
9.
Ergebnisse
9.1.
Schlußfolgerungen
und
Ergebnisse
Als
Grundlage
stromung
im
Untersuchung der Kapillarität
zur
ungesättigten,
schiedene
Bodenkennwerte
Resaltate
sind
die
lo
Tagen betrug
29,o; 42,5
bis
Sanden
In
64,o
und
über
Abb.
gefundenen,
larsaum
reichte
der
Sand
jeden
der
unteren
halt
nach
wir
den
Die
in
Wassergehalt
Zeit
längerer
mit
einem
Endwert
Abb.
den
Kapillarsaum der
lich,
noch
daß
die
besitzt.
eine
die
noch
nach
bereits
26 bis
die
noch
lo
in
Tagen
weniger
29 und
im
Bestimmung
zur
den Kapil-
bestimmter
Lagerungs-
über
nicht.
sehr
Holle,
ob
Entsprechend
lange
der Kurve
Hingegen
einem
Zeit
auch
er¬
nach
spielte
der
es
in
Wasserge¬
d.h.
wurde,
gemessen
als
kapil¬
zunahm.
über
Teil
der Kurven keine
oder
aktive
zusammengestellt.
oberen
im
Endwert
den
Hälfte
mungsbilder zeigen
115
für
19,5;
K
ähnlichen
mit
den Versuchen
Anstieg der kapillaren Steighohe
dem
im
bei
und
Steighohe.
Feuchtigkeit
die
daß
langen Zeit
charakteristischen Kurven
dichte
stieg
zeigten,
die
J
die
Sattigungsverteilung
Wassergehalts- bzw.
der
L,
M,
Vorversuche
cm.
dieser
23 wurden
und
22
Tage
nach
auch
Steighohe
Sande
Tagen
92,7
12o
bis
llo
und
die
80
in
Die
enthalt
17
kapillare
aktive
Sickerver¬
bestimmt.
zusammengestellt. Abb.
für
sie
cm;
62,6
43,1;
32,8;
lare
4
Versuchssande
vier
Langzeitversuchen erhaltene
in
Nach
Tabelle
in
nichtbindigen
der
der
und
Medium wurden
daß
Tag erreichten.
Anhang dargestellten
Stro-
Geschwindigkeitsverteilung über den
einzelnen Versuche.
Sickerstromung
über
dem
Es
daraus
ist
ersicht¬
Wasserspiegel
zuerst
gleiche Geschwindigkeit
wie
unter
Etwa
der
Kapillarsaumhohe erfolgt
starke
zweiten
nach
Abnahme
einem
der
Drittelpunkt
Drittel
Geschwindigkeit,
auf
null
dem
die
zurückgeht.
Wasserspiegel
dann
Diese
ungefähr
Dreitei-
lung des Kapillarsaumes
Richtwert
als
Tragen wir
der
Höhe
die
in
bis
auch
von
über
cm
daß
früher
umso
Die
Abhängigkeit
wurde
in
liegen die
bei
der
voller
und
stärker
umso
ungefähr auf
die
Für
Wasserge¬
vom
diesen
Geraden mit
erwähnten
verschieben;
fusionskoeffizienten
nach
links
Abb.
36
einen ent¬
enthält
Sättigung".
die
bei
L,
J
25
%,
und
(k
Unsere
der
am
)
liegen die
K
mit
daraus
beim
längsten
% Sättigung
7
d.h.
auf
Dif¬
kleineren
des
Diagramm also
unserem
entnehmen,
die
relative
Sand
(ll)
bei
abnehmen¬
gröbsten
einen
null
Wert
nahe
Anstalt
für
das
der
forstl.
von
Prof.
behält
eins
zurückgeht.
abnehmendem Korndurchmesser
an
-
daß
Bei
entsprechenden S0-Werte
Vergleichsversuche
Eidg.
und
Rich¬
Beziehung "relative Durchlässigkeit
Wir können
Sättigung
erst
in
Korndurchmesser
in
wir
sich die
daß
so
oben.
Durchlässigkeit
der
abnehmendem
Wassergehaltes
zunehmenden
des
tung
geringere Durchlässigkeit,
eine
Sande
feinen
Die
besitzen
sprechend größeren Wassergehalt. Andererseits finden
bei
er¬
größer
je
einzelnen
Geraden.
einer
höheren Porenvolumina
ihren
und
ist.
Sättigung
aufgetragen.
35
die
Saugspannung.
-
angeführte Geschwin¬
oben
eintritt
eine
entsprechen
so
an,
von
Nehmen wir
Wasserspiegel
dem
Diffusionskoeffizienten
des
Abb.
Punkte
mit
nur
erhalten wir
so
gröber das durchflossene Material
je
Durchlässigkeit
Sande
x
Wassersäule
beobachten,
die
halt
von
cm
x
auf,
Beziehung Durchlässigkeit
der
digkeit sabf all
folgt,
kann
Abhängigkeit
in
aufgezeichneten Kurven.
34
einer Höhe
konnten
Wir
freien Wasserspiegel
dem
30
Saugspannung
Kurven
kapillare Durchlässigkeit
die
in
weiters
sondern
exakt,
nicht
angesehen werden.
über
Abb.
gilt
den
bei
und
Sanden
8,
21
und
vergrößert sich
Dr.
Versuchswesen
Richard
in
an
Birmens-
S
.
dorf/ZH
daß
aufgebauten Apparatur zeigten,
einrichtung
Untersuchung
gesättigten
Bereich
praktisch geeignet
Die
erfordern wurde.
doch nicht
ist
Versuchs¬
un¬
weni¬
Hauptversuche
selbst
Verhaltnissen
im
dafür
und
unsere
Versuchsbedingungen
natürlichen
mit
als
Arbeitsaufwand
ger Material- und
diese
Sickerstromung
der
für die
können
je¬
Kapillarsaum
im
verglichen werden.
9.2.
Vergleich
Ein
lässigkeiten
Vergleich
und
Diskussion
der
voller
bei
gerechneten
chungen
nur
Die
uns
von
Bestimmung
aktiven
von
Erscheinung,
stieg
lare
Hohe.
passive
te
also
den
kriecht
durch
Kapillarität
der
ob
handelt
der
die
Werte
Wir
ermittelten die
lung
117
über
den
Delarue
und
wird.
Hohe
der
(1925
einen
über
weit
b)
a,
besitzen
starken
dem
Boden
über
die
zunimmt,
noch
dem
die
Menis¬
Enden
Meniskus.
kapil¬
normale
Hysteresis-Effekt ergibt
andere
um
aktive
Ergebnisse. Es
aktiven
oder
außerdem
der
lokalen An¬
des
kapillaren Steighohen
sich
bei
kapillare Steighohe
die
Danach
somit
den
von
es
erreicht
immer
passive
die
die
soll¬
dazu
Kapil¬
Zeit,
in
wurden.
Wassergehalts- bzw.
Kapillarsaum
und
Schultze
wesentlich
Angabe
lar Ltat
daß
mehreren Monaten
Winkeln
spitzen
angeführt werden,
und
(1946),
nach
die
Bedingt
bei
Glei¬
verschiedenen
kapillaren Steighohe bestätigten
betrachtlicher
Feuchtigkeit
Die
bekannten
nach
den
mit
die
zur
zugeschrieben
in
(k )
daß
die
Sanden nach
eine
groben
mit
ergab,
Monate
Krynine
bei
Menisken
Durch¬
durchgeführten Versuche
mehrere
über
auch
kus-Effekt
bisherigen Untersuchungen
grobe Näherungswerte liefern.
der
Beobachtung
Sättigung
Werten
Formeln
den
Hauptversuchen ruckgerechneten
den
aus
mit
Mariotti
nach
(1962)
der
von
Sattigungsverte1-
Day
und
Luthm
beschriebenen Methode
(1953)
durch
in
Aufsaugen des Wassers
gravimetrischer Bestimmung
Höhe
dener
über
setzten wir volle
zu
der
Wassergehalt
dem
Wasserspiegel
Strömungsbilder
Die
Einblick
im
die
in
nisse
Nach
der
einzelnen,
der
stimmen
sollte
einer
Gefälle
der
konnten,
die
kapillare Durchlässigkeit
fizient
punkt
null.
in
tragen
wird
bei
und
unendlichem Abstand
Punkte müßte
der Abszisse
D
0
=
damit
der
mit
Punkt
Außerdem
voller
Sättigung
Blattseite
der
liegt
im
Höhe
andere Ende
Unendlichen,
des
SS
dw
sehen
das
vorhandenen
daraus,
da
die
Wasserspiegels
=
folgt
oo
daß
die
von
feststel¬
wir
Tangente
=00
Gardner
w
=
der
)
Beim Auf¬
Ordinate
liegen
auf
an
w
=
und
w
w
=
die
mit
dem bei
der
rechten
die
S-W-Linie
verläuft,
w
verlau¬
und
aus
angeführte Gerade
nur
senkrecht
D
(w
Diffusionskoef¬
der Kurve
Wassergehalt
halb-
bestä¬
liegt der Null¬
links
Unendlichen
im
Wie
auf
35
Abb.
Punktfol'ge asymptotisch gegen die Horizontale
Wir
Darstellung
linken Blattrand.
vom
der
Ergeb¬
ausgeführten
Wassergehalt
einem bestimmten
logarithmischer Teilung
Bei
unserer
ergeben.
Einschränkung.
len
bei
Die
überein.
sich bei
Gerade
eine
guten
geneigter
Beziehung "Diffusionskoeffizient-Wassergehalt"
tigt diese Angabe mit
fen.
einen
Fließvorgänge.
bei verschiedenem
knapp
erhalten war.
zu
Sanden bei
von
verhältnismäßig gut
(l958, 1959)
Gardner
auch
Hauptversuche geben
ablaufenden
messen.
zu
Wasserspiegelhöhe
womit
Kurve,
Kapillarsaum
logarithmischem Papier
und
in
nur
es
einen Knick
Um
voraus.
^ige Sättigung
loo
unserer
Grundwasseroberfläche
Versuche
die
war
Wasserspiegel
Sättigung
streckten wir
in verschie¬
Methode
der
Wassergehaltsverteilungskurve
vermeiden,
über
Mit
über dem
den
Darunter
anschließender
und
Wassergehaltes
des
Wasserspiegel.
möglich,
in
Sandsäule
eine
.
Aus
Durchlässigkeit
die
von
(1939),
Leverett
u.a.
(i960)
dest
für
Richardson
unter den
Sande
(Dreiphasensystem
strömung)
nicht
-
sehr
Außerdem
eins.
nahe
unterschiedliche
für
7o
$
den
groben
schnitt
Sanden
kleinere
Strömung praktisch
bei
Sättigungsabnahme
Folglich verringert
Sättigungsverminderung
bei
Diese
den
von
erfolgten
den
sich
die
zuerst
die
also
Sanden
der
zu
Daß
liegen.
einem
oben
die
Sättigungswert
Kur¬
von
daß bei
erklären,
den
Durchflußquer¬
den
Luft
Verfügung,
zur
gefüllt
Durchlässigkeit
feinen
Außerdem
nun
den
die
werden.
gleicher
bei
Sanden
weit
stärker
den
durchgeführten Untersuchungen
(Flüssigkeit
wurden
die
Sand-Bereich.
Bei
in
und
Gas
befin¬
Versuche
mit
Ver¬
Vergleich
mit
na¬
Unsere
Verhältnissen
bindigen Böden überwiegen die
andere
die
einen
zulassen.
natürlichen
gleichgeartete Fragestellung
119
noch
rw
durch
Zweiphasenströmung
Strömung).
für
aussichtlich
-S-Kurven
Grobporen
den
türlichen Verhältnissen nicht
Resultate
einzelnen
den
Sande
unserer
groben.
mit
bringen
rela¬
Bei den feinen Sanden stehen für
suchseinrichtungen unternommen,
gen
bei
die k
bei
verschiedenen Autoren
in
die
sinkt
-S-Kurven
Lufteinschlüsse
bei
jedoch Einphasen¬
% (Sand L, J, K)
damit
ist
nur
sich
-,
nebeneinander
erst
wenig beeinflussen.
die
als
M
wesentlich abfällt,
gröberen
k
10
von
während
knapp
Sand
Amyx
geringer Sättigungsabnahme
erhielten wir
'
(1936),
Beziehung zumin¬
diesen Autoren
schon bei
Kurven,
Autoren
angeführten
ve
Luft
Wasser,
Sättigungsabnahme
Botset
und
interessierenden Bedingungen
Bei
zutrifft.
daß
entnehmen,
(1952), Irmay (1954),
Dagegen verlaufen die
stark.
einer
Wyckoff
wie
u.a.
uns
Boden,
Durchlässigkeit
tive
sich
(l96l) angeführte
Wesseling
und
läßt
Sättigung
Autoren,
verschiedenen
von
bei
der
relativen
der
dargestellten Abhängigkeit
36
in Abb.
der
Untersuchun¬
vergleichbare
schluffigen
und
tonigen,
sorptiven Kräfte. Für
diesem Bereich wird
Versuchseinrichtungen
zu
man
entwickeln
die
vor¬
haben.
9.3.
Die
Folgerungen
der
in
zeit
Bodens
zu
Beginn
Wassermenge
reicht
in
der
Wachstumsperiode
ganze
ser
eines
Wurzelzone
vorhandene
aus
nachgeliefert
ungesättigten
im
Wie
beobachten war,
zu
als
stärker
Wachstum
1
der
Höhe
ger
nimmt
dem
Wasserspiegel
Nach
die
ist
unseren
Poren
wissen
die
oberhalb
Wechsel
von
lich
der
Strömung nicht
die
Tatsache,
bestimmter
läßt
sich
Ebenso
in
läßt
Abhängigkeit
Durch
In
in
im
die
für
müssen
Wasser
das
gering.
zu
Fließbewegung
im
Kapil¬
gesättigten Bereich.
der
in
über
einen
Die
ge¬
Wasserspiegelhöhe
Saugspannung tritt bezüg¬
zu
Erscheinung. Wesentlich ist
Medien
porösen
sondern muß
je¬
jeder Saugspannung
Abhängigkeit
Diese
durch
einen Versuch
Sickerströmung
im
Kapillarsaum
einfachen Bodenkennwerten,
Porenvolumen und
einen Versuch
-
von
gerin¬
geringere
eine
diesem Fall
Wasserspiegels
und
das
werden.
von
Korndurchmesser,
gen.
die
für
in
Bereits
nachwachsen,
Druck-
berechnen,
sich
Durchlässigkeit
des
daß bei
jeweils festgelegt
außerhalb
Geschwindigkeit
an.
Wassergehalt entspricht.
nicht
Pflanzen Was¬
von
(1957) gibt
finden wir
Strömung
gesättigt
doch
ein
eine
Wassers.
dem Wasser
Bereich voll
eintretende
des
Versuchen verläuft
auch
sind
die
Strömungsgeschwindigkeit
kapillare Durchlässigkeit
ähnlich wie
larsaum
für
Wassernachschubes
Laatsch
cm/s,
sind l,l6.1o
Pflanzenwurzeln
selbst
die
das
Strömungsgeschwindigkeit
die
es
dieses
Getreidewurzelspitzen
über
muß
nicht
Bereich statt.
Wassergehalt ab.
der
pro Tag,
cm
Großteil
Regel
durch die
nun
entnommen,
Der
werden.
findet
Wird
aus.
dem Wurzelbereich
Vegetations¬
der
spezifische
können wir
Sättigung"
(k
die
wie
Oberfläche
Beziehung
-S-Kurve)
nicht
wirksamer
brin¬
"relative
bestimmen.
Zu-
120
sammen
mit
der
oben
angeführten
halt)-Linie
bzw.
bei
sind wir
der
Lage,
in
Sickermenge
121
zu
S-W-(Saugspannung-Wasserge-
bindigen Böden
die
berechnen.
im
der
pF-(Sorptions)-Kurve,
ungesättigten Medium
vorhandene
10.
Zusammenfassung
In
vorliegenden
der
Arbeit
gesättigten,
nichtbmdigen
durchfuhrung
bauten
4,35
gen
o,2o
x
stellen
ließ.
wir
l,oo
x
die
In
Materialkennwerte
der
und
und
Eckigkeitskoeffizienten.
und
messer
ren
stellten
Vergleich auf
zum
glichen
wir
die
mit
bei
unseren
°
bedeutenden Ein¬
diesen
und
Be¬
charakteristischen Wer¬
die
Porenvolumen
gesattigten Bereich,
im
Oberflache
sammelten
und
die
wir
den
der
in
Aquivalentporendurch-
der
verschiedenen Auto¬
der
Abbildung
nach diversen Formeln
Sandes
Ebenso
zusammen.
berechneten k
ver¬
durch
Für
lockere
eine
Versuche
Hauptversuchen
die
-Werte
der
am
Einbau,
mit
Stampfen
am
besten.
Das
und
zur
Darstellung
besten
bewahrte
der
Durch
allem betraf
nungsmessung,
Strömung
Autoren
in
der
Literatur
und
stichwortartig
dies
die
die
wir
des
sich da¬
wurde
besondere
bei
den
geeignete Farbstoff ausgesucht.
gesammelt
die
Rütteln
Versuchswasser
Untersuchungen verschiedener
wurden
Durchlässig¬
Richtigkeit.
gleichmaßige Lagerung
Einbau
larerscheinungen,
liegen,
deren
spezielle Einrichtung entlüftet.
wurde
Zahlreiche
damit
erhaltenen
zweckmäßigsten Sandeinbauart führten
der
lockerem
mit
aus.
der
Untersuchungen
überprüften
Bestimmung
Versuche
bei
große
w
den
keiten
Zur
ein¬
vier
des
Porenklassen
einer
wir
wir
Ferner
die
%
45
zu
schenkten
angeführten Einteilungen
Literatur
bis
verwendeten
spezifische
theoretische
Abmessun¬
den
Anbetracht
Durchlässigkeit
-Verteilung,
wirkliche
Gefalle
spezifisches Gewicht,
Kornverteilung,
wie
mit
un¬
in
Versuchs-
Zur
untersucht.
ein
achtung. Wir bestimmten folglich
te
Sickerstromung
Versuchsrinne
Als Versuchsmaterial
gleichkornige Quarzsande.
flusses
Medien
eine
m,
die
wurde
verstreut
weit
kapillare Steighohe,
Wassergehaltsverteilung
über
Kapil¬
vor¬
diskutiert.
die
in
Vor
Kapillarspan-
Abhängigkeit
122
Saugspannung
der
von
schließlich
und
die
im
SickerStrömung
ungesättigten System mit dem Diffusionskoeffizienten und der
relativen
In
Durchlässigkeit.
Langzeitversuchen
bis
kapillaren Steighöhen
die
mit
Ergebnisse
den
Werten.
Dabei
unseren
durch Versuche
ließen
saum
wir
Sättigungsverteilung
Dazu
stellten wir verschie¬
zur
Wassergehaltsbestimmung
Unterlagen
im
Sickerströmung
im
und
in
den
Anhang dargestellten Strömungsbilder
Sanden
und
Gefällen
Die
bestimmt.
wurden
die
theo¬
Hauptversuchen
bei
die
verschiedenen
ihnen abgeleiteten
Abhängigkeiten,
drei
1) "kapillare Durchlässigkeit
spiegel bzw.
"Diffusionskoeffizient
3)
"relative
stellten
und
wir
-
Durchlässigkeit
den
in
Höhe
über
dem
Wassergehalt"
und
-
Wasser¬
Saugspannung",
2)
über
aus
Wasserspiegel
zusammen.
Kapillarsaum
bearbeitet
Kapillar¬
über dem
dene
der
den
Höhe
Wassergehalt.
retischen
über
kapillar hochsaugen
den
Bezüglich
Roads
kapillaren Steighöhen.
gravimetrisch
Methoden
zwischen
nach "Public
den
und
Sandsäulen Wasser
von
berechneten
gute Übereinstimmung
in verschiedener
bestimmten
und
der
verglichen
und
bekannten Formeln
bestimmten
berechneten
Untersuchung
Versuchssande
eine
die
Monaten bestimmten wir
vier
nach
fanden wir
Administration"
Zur
zu
unserer
der
-
Literatur
untersuchten die
Sättigung"
(k
-S-Kurve)
gefundenen Werten
Ursachen
der
gegen¬
festgestellten
Abwei¬
chungen.
Bei
keit
123
Auswertung der eigenen Versuche
erkennen,
die
ließ
sich
Wassergehaltsverteilung
und
keine
die
Möglich¬
Durch-
fachen
in
und
Lage,
strömung
den
spezifische
mathematischen
der
Kurve.
bzw.
die
im
Funktion
Wir
in
wirksamer
Oberfläche
Abhängigkeit
zu
Medium
benötigen
dazu
charakteristische Bezugskurven,
bei
Diese
bindigen
Böden
beiden Kurven
die
sind
Po¬
in
ei¬
sind
wir
und
bringen
Hingegen
vorhandene
Sicker¬
lediglich zwei
nämlich die
pF-Kurve,
durch
ein¬
von
Korndurchmesser,
darzustellen.
ungesättigten
berechnen.
zu
Boden
Linie
wie
Bodenkennwerten,
renvolumen
ner
ungesättigten System
im
lässigkeit
und
Versuche
die
zu
k
für
S-W-
-S-
bestimmen.
124
Summary
searched.
For
measuring
4.35
thxs
%.
The
types
of
similarly
of
characteristics
on
same
'
most
The
ping
the
specific gravity,
under
surface
for
area,
different
by
authors
equivalents
diameter
At
comparison.
from different
the
formulas
w
in
research,
this
correctness.
agitation
deaerated
was
dye
purposes,
with
fillmg
researched.
were
filling without
research
of
means
shakmg
specific
found
values
permeability
practical
and/or
simple
pore
together
calculated
value
k
to
their
proving
in
the
time,
compared
was
For
charted
collected and
four
of
following
the
specific
of
built
was
permeability
literature
classiflcations
recommended
was
the
re-
recognition of
gradation,
theoretical
Also
factor.
form
the
In
was
slope variable
a
Classification,
measured:
and
Channel
chosen consisted
quartz-sand.
material
were
actual
Saturation,
and
material
sized
material
with
meters,
porosity distrlbution,
and
porosity
research
a
l.oo
x
research
importance
the
purpose,
o.2o
x
45
to
incohesive
through unsaturated,
flow
The
by
was
was
a
For
to
stam-
placement,
even
The
best.
water
used
arrangement.
special
used
without
or
show
the
stream-
lines.
The
on
results
of
capillary phenomena
detail.
The
from each
values
other,
lary tension,
to
the
System
relative
125
were
in
given
pnncipally
the
water
suctionforce,
in
experiments by
numerous
relation
permeability.
the
the
content
and
to
gathered
the
finally
various
and
discussed
literature
capillary
differ
rise,
distribution
the
flow
authors
in
in
widely
capil¬
in
respect
an
unsaturated
dispersion coefficient
and
the
In
the
experiments of longer
parison
between
values
Roads
with
made
formulas.
the
in
sand
the
water
content.
distribution
columns
table
and
the
Public
U.S.
capillary fringe
at
levels
various
by measuring gravimetrically
to
methods
the
determine
theoretical
derived
in
and
flow
for
basis
the
results
flow
appendix by
the
table
the
water
of
above
water
content
suction
2) Diffusivity
3)
Relative
results
of
these
In
the
lation
of
evaluation
the
the
in
this
between
an
other,
effective
area.
in
given
permeability
on
Water
-
-
literature
and
However,
the
From
are
them,
is
the
above
were
author's
simpler
pre¬
three
water
possible
-S-Curve),
analyzed
were
research,
phase
soil
on
no
in
corre¬
distribution
the
one
and
calculate
and
side;
specific
the
light
examined.
classifications,
porosity,
to
(k
deviations
water-content
unsaturated
the
Height
Saturation
-
grain diameter,
it
research
content,
permeability
found
main
pictures.
force,
relationsships,
was
capillary fringe
derived:
are
or
the
in
the
of
1) Capillary permeability
as
the
rise
capillary
experiments
of
the
in
determined
was
Various
relationships
and
published
presented.
sented
The
these
formula
the
for
c om-
a
Administration.
Saturation
is
from
and
from the
values
found
months),
four
to
measured,
was
was
obtained
results
calculated
the
The
sand
calculated
the
(up
duration
the
good correlation
A
The
are
of
rise
capillary
flow
such
surface
in
126
unsaturated
curves
for
mediums.
soil
cohesive
These
case.
127
for
two
are
soils,
curves
'
this,
For
necessary;
the
must
be
namely,
pF-curve;
r
of
two
'
and
determined
the
Classification
the
the
S-W-line,
k
or,
-S-curve.
rw
empirically
in
each
Resume
Ce
represente l'etude
travail
dans
milieu
un
cette
etude
dimensions
ineline
l'influence
C'est
telles
que:
volume
des
la
plus,
ete
des
De
meme
de
diverses
permet
determiner
le
ou
au
canal,
utilisee
les
ete
pour
dispositif
de
et
determiner
courants
le
de
diagramme.
des
valeurs
de
la
des
remplissage
a
ete
meilleur
filtration
lors
a
l'aide
pour
ont
rendre
essais
le
sable
ainsi
pilon
le
artificiel.
secondaires
des
au
remplissage
degazee
colorant
meuble
compactes
Le
compactage
essais
formules.
d'introduire
sables
realises.
eile
et
differentes
des
l'aide
a
permeabilite
presentee,
maniere
avec
sans
Des
en
calculees
est
auteurs
des
comperaison
k
essais
special.
diametre
du
valeurs
avec
obtenu
la
theorique
differents
de
par
dans
determinees.
representees
validite
ete
ete
et
des
essais
ont
les
ete
a
permeabilite
reelle
ont
permettre
essais
la
remplissages
a
caracterisant
caractenstiques
classiflcations
meilleure
la
des
vibrateur
homogene
etre
uniformes.
attention
grandeurs
forme
pores
des
cours
dans
des
de
formules
Pour
que
notre
les
d'essai
grains
a
grandeurs
specifique
de
pour
controler
de
quarz
Pour
ayant
pouvait
qui
matenel
distribution,
comparaison
aux
vitre
des
effectuees
pores
classes
une
obtenues
que
leur
surface
rassemblees
differentes
Le
flltration
granulometnque, poids specifique,
et
differentes
les
^.
de
des
que
et
m
de
cohesion.
sans
canal
un
45
elles
cela
pour
courbe
pores
equivalent
ont
de
signiflcative
sur
et
l,oo
x
sables
qu'un coefficient
ainsi
De
o,2o
pente
c'est
courants
sature
non
construit
quatre
saturee,
zone
x
la
de
Vu
fixee.
a
jusqu'a
composait
matenel,
ete
4,35
de
se
le
poreux
ll
des
plus
L'eau
d'un
permis
visible
principaux.
128
disseminees
existent
qui
furent
traitant
etudes
nombreuses
De
et
compilees
la
dans
s'agit plus particulierement de
capillaire,
la
de
distribution de
des
-pression,
lative
Au
ete
aux
valeurs
determinees
methode
calculees
par
l'etude
dans
la
et
les
ces
de
la
Celles
repartition
de
la
la
la
4
mois)
re¬
obtenues
comparees
Une
connues.
les
entre
les
d'essais
sables
les
ainsi
valeurs
la
Selon
calculees
pour
de
courant
les
differents
essais
nappe
ont
(donnes
en
Saturation
eau
en
differentes
en
differentes
methodes
donnees.
courants
posees
annexe)
(pour
essais
en
determinee
sont
aux
principaux
Les
ete
part,
ete
de
degre
et
ont
de
filtration
les
reseaux
ete
deter-
differents
ont
permis
de
sables
degager
suivantes:
Permeabilite
laire.
a
eau
en
relatives
gradients).
relations
du
teneur
D'autre
teneur
theoriques
au-dessus
129
la
sous-
permeabilite
formules
de
trouvee
et
frange capillaire
lignes
l)
pour
valeurs
ete
a
gravimetrique.
bases
3
de
la
Systeme
un
(jusqu'a
duree
l'aide
a
essais
au-dessus
determiner
la
les
fränge capillaire,
hauteurs
maniere
miaes
de
preconisee par la "Public Boads Administration".
Pour
des
la
de
et
capillaire
et
correspondance
obtenues
dans
capillaires,
fonction
en
filtration dans
de
longue
de
d'ascension
ont
pour
eau
diffusivite
d'essais
cours
Les
la
en
d'ascension
.
hauteurs
bonne
courants
de
non-sature,
teneur
II
discutees.
hauteur
la
tensions
des
mesure
la
specialisee
litterature
succinctement
sont
capillarite
de
phenomenes
des
de
capillaire
la
nappe
ou
en
de
fonction
la
de
la
hauteur
sous-pression capil¬
2)
Diffusivite
3)
Permeabilite
relations
relations
les
pas
permis
de
repartition
un
milieu
grains,
le
la
des
teneur
des
le
est
sol
S-W
(courbe pF
k
Ces
deux
de
et
ont
pour
relations
de
surface
sont
ces
essais
entre
dans
efficace
specifique.
Par
existant
Pour
cela,
contre,
dans
deux
des
un
relations
c'est-a-dire
coherents)
determiner
n'a
la
caracterisant
grandeurs
sols
a
de
et
examinees.
permeabilite
necessaires,
les
ete
diametre
filtration
des
a
litterature
formelles
la
ou
que:
la
cours
les
realisable.
sont
degre
comparees
dans
au
eau
en
pores,
courbe
-S.
ete
relations
telles
courants
non-sature
caracterisant
obtenus
non-sature
milieu
ce
volume
calcul
milieu
degager
de
poreux
communement
ont
trouvees
des
du
'
determinees
resultats
eau.
en
-S).
divergences constatees
des
des
teneur
fonction
en
rw
ainsi
la
de
k
\
correspondantes
causes
L'analyse
relative
(relation
Saturation
Ces
fonction
en
a
et
la
l'aide
la
courbe
d'essais.
rw
130
11.
Literaturverzeichnis
Kapitel
11.1.
1
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tified
zur
I.N.,
soils.
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Soil Sei., 1959:282-292
in
stra-
Felitsiant,
of
I.N.,
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Capillary
movement
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stratified
in
moisture
and
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accumulation
Soil
Sei.,
1961:lo99-llo6
saturated
flow
moisture
poration from
Gardner, W.R.,
water
a
of
Solution
1959:
drying of soils and
Proc., 23:183-187
van
steady-state Solutions of the un¬
equation with application to evatable. Soil Sei., 85:228-232
Some
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Gardner, W.R.,
the
equation
flow
media.
other porous
for
the
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surlodo
erö
közlemenyek,
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S.,
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draulic
Klute,
1952:
A.,
equation for
A
numerical
in
water
method
for
unsaturated
flow
solving the
materials.
Soil
Sei.,
73:lo5-116
Klute,
A.,
the
Bruce, R.R.,
Rüssel,
diffusivity coneept
to
Intern.Congr.Soil Sei.Proc,
Kozeny, J.,
Boden.
Leverett,
M.C.,
Trans.
Massing,
M.C.,
AIME,
H.,
1939:
Flow
sands.
1941:
of
application
movement.
Capillary
of
6th
B:345-354
oil-water mixtures
Trans.
AIME,
im
through
un-
132:149-171
behavior
in
porous
solids.
142:152-169
1964:
Heizöl
EL und Benzin
Inst.f.Wasserwirtschaft und
H.
The
moisture
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landw.
in
Lößböden.
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Numerical
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Faraday Soc, 51:885-892
Trans.
1959:
Philip, J.R.,
filtration.
Ramsauer,
in
1937:
B.,
early stages
The
Soil
Sei.,
of
equations of the
dependent.
concentration
diffusion
of
absorption and
In¬
88:91-97
Kapillarimetermethode von Prof. Fischer,
"Die Oesterr. Bodenkartierung", Wien
Till-Ramsauer,
156-164
1937,
L.,
Rethati,
kozasai.
Richards,
L.A.,
Richards,
1931:
mediums.
porous
for
1960: A talaj kapillaritasanak mernoki
Vizugyi Kozlemenyek, 1960:112-146
L.A.,
Fireman,
measuring
Soil
Sei.,
Richards,
tion
L.A.,
and
Richards,
M.,
moisture
conduction
of
liquids through
1:318-333
1943:
sorption
plate apparatus
Pressure
and
transmission by
soils.
56:395-4o4
1947:
use.
L.A.,
moisture
Capillary
Physics,
vonat-
Pressure-membrane
Agr.Engin.,
1948:
retention
Porous
and
apparatus
28:451-455, 460
plate apparatus
transmission
in
for
soll.
-
construc-
measuring
Soil
Sei.,
66:lo5-llo
Richardson,
1952:
Trans.
133
J.G., Kerver, J.K., Hafford, J.A., Osoba, J.S.,
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H.,
Boden mit besonderer
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des
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134
11.2.
Kapitel
3
Literaturzitate:
des
Die
1933:
J.,
Apsits,
und
Bodens
Dynamik
physikalischen Eigenschaften
der
Fruchtbarkeit.
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Beitrag
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of
air
soil
upon
J.,
1937
b:
Das
Brunnen
und
Gefüge des Bodens
1928:
Versuche
Bestimmung
der
the
per¬
24:225-229
und
nung. Verh.d.6.Komm.d.intern.Bodenk.Ges.,
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Donat,
of
Intern.Congr.Soil Sei.,
dessen
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Kennzeich¬
Zürich,
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for
57:381-39o
Sei.,
interrelation
The
of
movement
38
Capillary conductivity
Christensen, H.R., 1944:
three prairie soils.
Corey, A.T.,
Teil,
2.
Wien
of
oil
and
gas
Monthly,
19:38-41
capillary conductivity
Sei.Soc.Am.Proc.,
from
Soil
2o:317-32o
1958:
Gardner, W.R.,
saturated
ration
Some
from
a
steady-state Solutions of the unequation with application to evapo-
flow
moisture
water
table.
Soil
Sei.,
Gardner, W.R., 1959: Solution of the
drying of soils and other porous
Proc, 23:183-187
flow
85:228-232
for
equation
media.
Soil
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Klute, A., 1952:
equation for
A numerical
water
in
method
for
unsaturated
Mitt.Intern.
unsaturated
solving the
materials.
the
Sci.Soc.Am,
flow
Soil
Sei.,
73:lo5-ll6
Leverett,
M.C.,
solidated
1939:
sands.
Flow
Trans.
of
oil-water
AIME,
Moore, R.E., 1939: Water conduetion
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Nielsen, D.R., Biggar, J.W., 1961:
vity. Soil Sei., 92:192-193
147
mixtures
through
uncon-
132:149-171
from
shallow water
Measuring capillary
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Blair,
Philip, J.R.,
Richards,
Sei.,
Richardson, J.G.,
Kerver,
Laboratory
of
liquids through
Osoba,
Hafford, J.A.,
J.K.,
determination
Corey, A.T.,
flow
steady
Infil¬
and
of
relative
J.S.,
permeability.
195:187-196
AIME,
V.H.,
Scott,
absorption
88:91-97
Capillary conduetion
Physics, 1:318-333
mediums.
Trans.
of
early stages
1931:
L.A.,
porous
1952:
The
1959:
Soil
tration.
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5,
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at
of
soil
moisture.
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Determination
low moisture
of
im
the
tensions.
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393
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Gardner, W.R.,
diffusivity
of
Measurement
unsaturated
with
Soil
of
Measurement
a
water
air
and
Sci.Soc.Am.Proc.,
permeability
21:7-lo
capillary conductivity
tensiometer.
7th
Intern.Congr.Soil
and
Sei.,
I:3oo-3o5
Gardner, W.R., 1961:
Mededelingen van
stations
de
van
Water
de
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te
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Theoretical
of
evaluation
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Trans.
7th
leading to
AIME,
the
Trans.
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role
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in
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flow
of
Wesseling,
D., Kirkham,
water
in
1957:
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Wasserhaushaltes
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of
and
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Water
rise
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and
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Management Res.,
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Wageningen,
soils.
of
the
Inst.for
Technical
Bulletin 22
150
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Kapitel 9
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W.R.,
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W.R.,
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Irmay,
S.,
soils.
soils
steady-state solutions of the un¬
equation with application to evatable. Soil Sei., 85:228-232
flow
water
a
Solution
1959:
Gardner,
Proc,
Some
moisture
saturated
and
of
the
other porous
flow
equation
media.
Soil
for
the
Sci.Soc.Am.
23:183-187
On
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Flow
sands.
der
of
Trans.
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oil-water
AIME,
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mixtures
through
un-
132:149-171
Kerver, J.K., Hafford, J.A., Osoba, J.S.,
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Schultze, K.,
1925
b:
Kapillarität
Verdunstung
und
und
Auswit¬
Benetzung. Kolloid Z.,
37:lo-17
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151
I.
IS
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no
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Mqrt
ms
Lebenslauf
Geburtsdatum und -ort:
24.12.1936
Bregenz,
Osterreich
Studien:
1946 bis
1954
Bundesrealschule
1954 bis
1959
Studium der Kulturtechnik
schule
für
Dornbirn,
an
Osterreich
der Hoch¬
in
Wien,
Diplom-Ingenieur
Bodenkultur
als
schlossen
in
abge¬
für
Kulturtechnik
WS
WS
1959/60
1960/61
1961
bis
bis
3
Semester
Hochschule
1964
Forstwirtschaftsstudium
für
Bodenkultur
an
Ausarbeitung der vorliegenden Dissertation
der Eidg. Techn. Hochschule in Zürich
an
(Referent:
Prof.
Dr.
Grubinger)
Beschäftigungen:
1956,
5 Monate
1957
Präzis
bei
Lawinenverbauung
Österreich
2
1958
Monate
Praxis
jörskontoret",
1.1.1959 bis
16.4.1961
Assistent
an
in
bei
der Wildbach- und
Vorarlberg,
"Lantbruksingen-
Oerebro,
Schweden
der Hochschule
für
Boden¬
(landw. Hochbau, Güterzusammenlegung und Alpmelioration)
kultur
seit
der
in Wien
17.4.1961
in
Wien
Assistent
bei Prof.
(Institut
für
Eidg.
Techn.
Dr.
Grubinger
Kulturtechnik)
Hochschule,
an
Zürich.
der

Wie lässt sich die Durchlässigkeit zwischen beruflicher und

DI Gruber BSc

1:1 Zuordnungsaufgaben

Stimmen zu Von ganz unten

ABB Kaufel Neuer Gebietsverkaufsleiter

Wurzeln

Stellung gehalten

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