Hydraulische Leitfähigkeiten von Sedimentwürfeln vor und nach einem gefrorenen Zustand

Zusammenfassung

Um Strömungs- und Transportprozesse in heterogenen porösen Medien experimentell zu untersuchen, sollen in einer zukünftigen Studie gefrorene Sedimentwürfel hergestellt und in Sandbox-Experimenten eingebaut werden. Hierfür ist es zunächst wichtig zu untersuchen, ob es möglich ist, solche gefrorenen Sedimentwürfel herzustellen und inwieweit sich Strömungs- und Transporteigenschaften durch ein Einfrieren des Sedimentes ändern. So wurden in der hier vorliegenden Studie ein Mittelsand, ein Grobsand und ein Feinkies daraufhin untersucht, inwieweit sich die hydraulischen Leitfähigkeiten vor und nach einem gefrorenen Zustand verhalten. Hierzu wurde eine kubische Darcy-Zelle entwickelt, die zerlegt werden kann. Die Ergebnisse der Studie zeigen, dass es mit der verwendeten Apparatur möglich ist, 10 × 10 × 10 cm große gefrorene Sedimentwürfel herzustellen, und dass bei den hier untersuchten Sedimenten nur geringe Veränderungen in den hydraulischen Leitfähigkeiten durch ein Einfrieren entstehen.

Abstract

To study flow and transport processes in heterogeneous porous media, frozen sediment cubes that were assembled in sandbox experiments may represent a viable procedure. In this investigation, it was important to find out how flow and transport properties would be modified by sediment freezing. In this study, a medium sand, a coarse sand and a fine gravel were investigated to find out to what extent the hydraulic conductivities might change before and after freezing. For this purpose, a cubic Darcy-cell was developed. The results of the study show that it is possible to produce 10 × 10 × 10 cm frozen sediment cubes with the presented apparatus. The study also suggests that freezing and subsequent thawing only caused small changes in hydraulic conductivity of the investigated sediments.