滲透系數(shù)計(jì)算方法

滲透系數(shù)K是綜合反映土體滲透能力的一個(gè)指標(biāo)，其數(shù)值的正確確定對(duì)滲透計(jì)算有著非常重要的意義。影響滲透系數(shù)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(shù)和水的粘滯性等，要建立計(jì)算滲透系數(shù)k的精確理論公式比較困難，通常可通過(guò)試驗(yàn)方法，包括實(shí)驗(yàn)室測(cè)定法和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定法或經(jīng)驗(yàn)估算法來(lái)確定k值。

滲透系數(shù)k 是一個(gè)代表土的滲透性強(qiáng)弱的定量指標(biāo)，也是滲流計(jì)算時(shí)必須用到的一個(gè)基本參數(shù)。不同種類(lèi)的土，k 值差別很大。因此，準(zhǔn)確的測(cè)定土的滲透系數(shù)是一項(xiàng)十分重要的工作。

滲透系數(shù)的測(cè)定方法主要分“實(shí)驗(yàn)室測(cè)定”和“野外現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定“兩大類(lèi)。

1.實(shí)驗(yàn)室測(cè)定法

目前在實(shí)驗(yàn)室中測(cè)定滲透系數(shù) k 的儀器種類(lèi)和試驗(yàn)方法很多，但從試驗(yàn)原理上大體可分為”常水頭法“和"變水頭法"兩種。

常水頭試驗(yàn)法就是在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中保持水頭為一常數(shù)，從而水頭差也為常數(shù)。 如圖：

試驗(yàn)時(shí)，在透明塑料筒中裝填截面為A，長(zhǎng)度為L(zhǎng)的飽和試樣，打開(kāi)水閥，使水自上而下流經(jīng)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(cè)經(jīng)過(guò)一定時(shí)間 t 內(nèi)流經(jīng)試樣的水量V，則

V = Q*t = ν*A*t

根據(jù)達(dá)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(yàn)適用于測(cè)定透水性大的沙性土的滲透參數(shù)。粘性土由于滲透系數(shù)很小，滲透水量很少，用這種試驗(yàn)不易準(zhǔn)確測(cè)定，須改用變水頭試驗(yàn)。

變水頭試驗(yàn)法就是試驗(yàn)過(guò)程中水頭差一直隨時(shí)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(jīng)土樣。試驗(yàn)時(shí)，將玻璃管充水至需要高度后，開(kāi)動(dòng)秒表，測(cè)記起始水頭差△h1，經(jīng)時(shí)間 t 后，再測(cè)記終了水頭差△h2，通過(guò)建立瞬時(shí)達(dá)西定律，即可推出滲透系數(shù) k 的表達(dá)式。

設(shè)試驗(yàn)過(guò)程中任意時(shí)刻 t 作用于兩段的水頭差為△h，經(jīng)過(guò)時(shí)間dt后，管中水位下降dh，則dt時(shí)間內(nèi)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(fù)號(hào)表示水量隨△h的減少而增加。

根據(jù)達(dá)西定律，dt時(shí)間內(nèi)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(zhǎng)度。

根據(jù)水流連續(xù)原理， 應(yīng)有dVe = dVo，即得到

k = （a*L/A*t）㏑（△h1/△h2）

或用常用對(duì)數(shù)表示，則上式可寫(xiě)為

k = 2.3*（a*L/A*t）lg（△h1/△h2）

2. 野外現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定法

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

滲透系數(shù)試坑法

是在表層干土中挖一個(gè)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(nèi)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(cè)坑內(nèi)水位，在坑底要設(shè)置一個(gè)標(biāo)尺。求出單位時(shí)間內(nèi)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(dāng)坑內(nèi)水柱高度不大（等于10厘米）時(shí)，可以認(rèn)為水頭梯度近于1，因而K(滲透系數(shù))=V。這個(gè)方法適用于測(cè)定毛細(xì)壓力影響不大的砂類(lèi)土，如果用在粘性土中，所測(cè)定的滲透系數(shù)偏高。

滲透系數(shù)單環(huán)法

是試坑底嵌入一個(gè)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(nèi)鋪2一3厘米的反濾粗砂。在試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，用馬利奧特瓶控制環(huán)內(nèi)水柱，保持在10厘米高度上。試驗(yàn)一直進(jìn)行到滲入水量Q固定不變?yōu)橹?，就可以按下式?jì)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(shù)值。

滲透系數(shù)雙環(huán)法

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

當(dāng)滲水試驗(yàn)進(jìn)行到滲入水量趨于穩(wěn)定時(shí)，可按下式精確計(jì)算滲透系數(shù)（考慮了毛細(xì)壓力的附加影響）：K(滲透系數(shù))= 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(nèi)環(huán)的滲水面積(平方厘米)；

Z-----試坑內(nèi)環(huán)中的水厚度(厘米)；

H-----毛細(xì)管壓力（一般等于巖土毛細(xì)上升高度的一半）(厘米)；

L-----試驗(yàn)結(jié)束時(shí)水的滲入深度（試驗(yàn)后開(kāi)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(xiàn)間的水力梯度，然后利用公式計(jì)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(shù)（m/d）

I----水力梯度。

可用公式表示:尸= 是評(píng)價(jià) 式中I'即為膜滲透系數(shù)，是指在一定溫度、一定的壓差△P’ 下和L時(shí)間內(nèi)，通過(guò)面積為Smn厚度為S的膜時(shí)，所滲透的 氣體量q。可以通過(guò)“修整”膜的組成，改變膜的結(jié)構(gòu)和選擇 合適的操作條件來(lái)改變膜滲透系數(shù)的大小，為了提高膜的氣 體透過(guò)量，必須增大滲透系數(shù)，為了提高混合氣體的分離效 率，必須選用滲透系數(shù)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(duì)于與土層層面平行和垂直的簡(jiǎn)單滲流情況，當(dāng)各土層的滲透系數(shù)和厚度為已知時(shí)，我們可求出整個(gè)土層與層面平行和垂直的平均滲透系數(shù)，作為滲流計(jì)算的依據(jù)。

需要對(duì)水平滲流情形和豎直滲流情形分別單獨(dú)考慮。

垂直平均滲流系數(shù)