渗透系数(渗透系数测定及影响因素)

渗透系数(渗透系数测定及影响因素)

渗透系数 k

是一个代表土的渗流性强弱的定量指标,也是计算时必须用到的基本参数,不同种类的土,k 值差别很大。 因此,准确测定红豆博客土的渗透系数,是一项十分重要的工作。

实验室测定法

目前实验室中测定渗透系数 k 的仪器种类和试验方法很多,但从试验原理上大红豆博客体可分为常水头法和变水头法两种。

(1)常水头试验法

常水头试验法就是在整个试验过程中保持水头为一常数,从而水头差也为常数。 适用于测量渗透性大的砂性土的渗透系数,

设试样的长度为 L,截面积为 A,试验时,先打开供水阀,使水自上而下通过试样并从溢流槽排除,试样两端部设有测压管测定其水头差 h,待水在试样中渗流稳定后,经过一段时间,测定历时 t 流过试样的水量 Q 和测压管水头差 h,即可按照达西定律得:

(2)变水头试验法

对于黏性土来说,由于其渗透系数较小,故渗水量较小,用常水头渗透试验不易准确测定,因此这种渗透系数小的土可用变水头渗透试验。 变水头试验在试验过程中水头是随时间而变化的。 利用水头变化与渗流通过试样截面的红豆博客水量关系测定土的渗透系数,试验装置如图 3. 6(b)所示。 水流从一根直立带有刻度的玻璃管和 U 形管自上而下流经试样。 试验时,将玻璃管充以预处理好的试验用水至适当高度后,开动秒表,测记起始水头差 h1,经历时间 t 后再测定水头差 h2,便可利用达西定律推导出渗透系数的表达式。

渗透试验装置示意图

设玻璃管内截面积为 a,试样长度为 L,试样截面积为 A。 试验开始后任意时刻 t 的水头差为 h,经历 dt 时段,管中水位下降 dh,则时段 dt 内,流过试样的水量为:

式中,负号表示渗水量随 h 的减小而增大。

根据达西定律,在时段 dt 内流过试样的水量又可表示为:

令式(a)等于式(b),得到:

上式两边积分:

即可得土的渗透系数表达式为

实验室测定渗透系数 k 的优点是设备简单,费用较低。 但是,由于土的渗透性与土的结构有很大关系,地层中水平方向和垂直方向的渗透性往往不一样;再加之取样时的扰动,不易取得具有代表性的原状土样,特别是砂土。 因此,室内试验测出的 k 值常常不能很好地反映现场土的实际渗透性质。 为了量测地基土层的实际渗透系数,可直接在现场进行 k 值的原位测定。

渗透系数的现场测定

在现场研究场地的渗透性,进行渗透系数 k 值测定时,常用现场井孔抽水试验或注水试验的方法。 对于均质的粗粒土层,用现场抽水试验测出的 k 值往往比室内试验更为可靠。 下面主要介绍用抽水试验确定 k 值的方法。 注水试验的原理与抽水试验类似。

如图 所示为一现场井孔抽水试验示意图。 在现场打一口试验井,贯穿要测定 k 值的砂土层,并在距井中心不同距离处设置一个或两个观测孔。 然后自井中以不变速率连续进行抽水。 抽水造成周围的地下水位逐渐下降,形成一个以井孔为轴心的漏斗状的地下水面。

测定试验井和观察孔中的稳定水位,可以画出测压管水位变化图形。 测压管水头差形成的水力坡降,使水流向井内。 假定水流是水平流向时,则流向水井的渗流过水断面应是一系列的同心圆柱面。 待出水量和井中的动水位稳定一段时间后,若测得的抽水量为 Q,观测孔距井轴线的距离分别为 r1、r2,孔内的水位高度为 h1、h2,通过达西定律即可求出土层的平均k 值。

抽水试验示意图

围绕井抽取一过水断面,该断面距井中心的距离为 r,水面高度为 h,则过水断面积 A为:

假设该过水断面上各处水力坡降为常数,且等于地下水位线在该处的坡度时,则

根据达西定律,单位时间自井内抽出的水量为:

等式两边进行积分:

或用常对数表示,则

现场测定 k 值可以获得场地较为可靠的平均渗透系数,但试验所需费用较大,故要根据工程规模和勘察要求,确定是否需要采用。

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