滲透系數基本介紹

滲透系數k 是一個代表土的滲透性強弱的定量指標，也是滲流計算時必須用到的一個基本參數。不同種類的土，k 值差別很大。因此，準確的測定土的滲透系數是一項十分重要的工作。

滲透系數K是綜合反映土體滲透能力的一個指標，其數值的正確確定對滲透計算有著非常重要的意義。影響滲透系數大小的因素很多，主要取決于土體顆粒的形狀、大小、不均勻系數和水的粘滯性等，要建立計算滲透系數k的精確理論公式比較困難，通?？赏ㄟ^試驗方法，包括實驗室測定法和現場測定法或經驗估算法來確定k值。

滲透系數的測定方法主要分“實驗室測定”和“野外現場測定“兩大類。

1.實驗室測定法

目前在實驗室中測定滲透系數 k 的儀器種類和試驗方法很多，但從試驗原理上大體可分為”常水頭法“和"變水頭法"兩種。

常水頭試驗法就是在整個試驗過程中保持水頭為一常數，從而水頭差也為常數。 如圖：

試驗時，在透明塑料筒中裝填截面為A，長度為L的飽和試樣，打開水閥，使水自上而下流經試樣，并自出水口處排出。待水頭差△h和滲出流量Q穩(wěn)定后，量測經過一定時間 t 內流經試樣的水量V，則

V = Q*t = ν*A*t

根據達西定律，v = k*i，則

V = k*（△h/L）*A*t

從而得出

k = q*L / A*△h=Q*L /( A*△h)

常水頭試驗適用于測定透水性大的沙性土的滲透參數。粘性土由于滲透系數很小，滲透水量很少，用這種試驗不易準確測定，須改用變水頭試驗。

變水頭試驗法就是試驗過程中水頭差一直隨時間而變化，其裝置如圖：水從一根直立的帶有刻度的玻璃管和U形管自下而上流經土樣。試驗時，將玻璃管充水至需要高度后，開動秒表，測記起始水頭差△h1，經時間 t 后，再測記終了水頭差△h2，通過建立瞬時達西定律，即可推出滲透系數 k 的表達式。

設試驗過程中任意時刻 t 作用于兩段的水頭差為△h，經過時間dt后，管中水位下降dh，則dt時間內流入試樣的水量為

dVe = －a dh

式中 a 為玻璃管斷面積；右端的負號表示水量隨△h的減少而增加。

根據達西定律，dt時間內流出試樣的滲流量為：

dVo = k*i*A*dt = k*（△h/L）*A*dt

式中，A——試樣斷面積；L——試樣長度。

根據水流連續(xù)原理， 應有dVe = dVo，即得到

k = （a*L/A*t）㏑（△h1/△h2）

或用常用對數表示，則上式可寫為

k = 2.3*（a*L/A*t）lg（△h1/△h2）

2. 野外現場測定法

滲水試驗(infiltration test)一般采用試坑滲水試驗，是野外測定包氣帶松散層和巖層滲透系數的簡易方法。試坑滲水試驗常采用的是試坑法、單環(huán)法、和雙環(huán)法。

滲透系數試坑法

是在表層干土中挖一個一定深度（30-50厘米）的方形或圓形試坑，坑底要離潛水位3-5米，坑底鋪2一3厘米厚的反濾粗砂，向試坑內注水，必需使試坑中的水位始終高出坑底約10厘米。為了便于觀測坑內水位，在坑底要設置一個標尺。求出單位時間內從坑底滲入的水量Q，除以坑底面積F，即得出平均滲透速度v=Q/F。當坑內水柱高度不大（等于10厘米）時，可以認為水頭梯度近于1，因而K(滲透系數)=V。這個方法適用于測定毛細壓力影響不大的砂類土，如果用在粘性土中，所測定的滲透系數偏高。

滲透系數單環(huán)法

是試坑底嵌入一個高20厘米，直徑35.75厘米的鐵環(huán)，該鐵環(huán)圈定的面積為1000平方厘米。鐵環(huán)壓入坑底部10厘米深，環(huán)壁與土層要緊密接觸，環(huán)內鋪2一3厘米的反濾粗砂。在試驗開始時，用馬利奧特瓶控制環(huán)內水柱，保持在10厘米高度上。試驗一直進行到滲入水量Q固定不變?yōu)橹?，就可以按下式計算滲透速度：v=Q/F，所得的滲透速度即為該松散層、巖層的滲透系數值。

滲透系數雙環(huán)法

是試坑底嵌入兩個鐵環(huán)，增加一個內環(huán)，形成同心環(huán)，外環(huán)直徑可取0.5米, 內環(huán)直徑可取0.25米。試驗時往鐵環(huán)內注水，用馬利奧特瓶控制外環(huán)和內環(huán)的水柱都保持在同一高度上，（例如10厘米）。根據內環(huán)取的的資料按上述方法確定松散層、巖層的滲透系數值。由于內環(huán)中的水只產生垂直方向的滲入，排除了側向滲流帶的誤差，因此，比試坑法和單環(huán)法精確度高。內外環(huán)之間滲入的水，主要是側向散流及毛細管吸收，內環(huán)則是松散層和巖層在垂直方向的實際滲透。

當滲水試驗進行到滲入水量趨于穩(wěn)定時，可按下式精確計算滲透系數（考慮了毛細壓力的附加影響）：K(滲透系數)= QL/ F(H Z L)。

式中：

Q-----穩(wěn)定的滲入水量(立方厘米/分)；

F------試坑內環(huán)的滲水面積(平方厘米)；

Z-----試坑內環(huán)中的水厚度(厘米)；

H-----毛細管壓力（一般等于巖土毛細上升高度的一半）(厘米)；

L-----試驗結束時水的滲入深度（試驗后開挖確定）(厘米)。

地下水流速的確定：在地下水等水位圖上的地下水流向上，求出相鄰兩等水位線間的水力梯度，然后利用公式計算地下水的流速V=kI

式中：V---地下水的滲流速度（m/d）

K---滲透系數（m/d）

I----水力梯度。

可用公式表示:尸= 是評價 式中I'即為膜滲透系數，是指在一定溫度、一定的壓差△P’ 下和L時間內，通過面積為Smn厚度為S的膜時，所滲透的 氣體量q?？梢酝ㄟ^“修整”膜的組成，改變膜的結構和選擇 合適的操作條件來改變膜滲透系數的大小，為了提高膜的氣 體透過量，必須增大滲透系數，為了提高混合氣體的分離效 率，必須選用滲透系數差較大的膜。2100433B

天然沉積土往往是由滲透性不同的土層所組成。對于與土層層面平行和垂直的簡單滲流情況，當各土層的滲透系數和厚度為已知時，我們可求出整個土層與層面平行和垂直的平均滲透系數，作為滲流計算的依據。

需要對水平滲流情形和豎直滲流情形分別單獨考慮。

垂直平均滲流系數