什么是滲透系數(shù)滲透系數(shù)的測(cè)定方法
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。那么你對(duì)滲透系數(shù)了解多少呢?以下是由學(xué)習(xí)啦小編整理關(guān)于什么是滲透系數(shù)的內(nèi)容，希望大家喜歡!
滲透系數(shù)的介紹
滲透系數(shù)又稱水力傳導(dǎo)系數(shù)(hydraulic conductivity)。在各向同性介質(zhì)中，它定義為單位水力梯度下的單位流量，表示流體通過孔隙骨架的難易程度，表達(dá)式為：κ=kρg/η，式中k為孔隙介質(zhì)的滲透率，它只與固體骨架的性質(zhì)有關(guān)，κ為滲透系數(shù);η為動(dòng)力粘滯性系數(shù);ρ為流體密度;g為重力加速度。在各向異性介質(zhì)中，滲透系數(shù)以張量形式表示。滲透系數(shù)愈大，巖石透水性愈強(qiáng)。強(qiáng)透水的粗砂礫石層滲透系數(shù)>10米/晝夜;弱透水的亞砂土滲透系數(shù)為1～0.01米/晝夜;不透水的粘土滲透系數(shù)<0.001米/晝夜。據(jù)此可見土壤滲透系數(shù)決定于土壤質(zhì)地。
滲透系數(shù)的計(jì)算方法
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?？赏ㄟ^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)估算法來確定k值。
滲透系數(shù)的測(cè)定方法
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。
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)過程中任意時(shí)刻 t 作用于兩段的水頭差為△h，經(jīng)過時(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。
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土，如果用在粘性土中，所測(cè)定的滲透系數(shù)偏高。
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)橹梗涂梢园聪率接?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。
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)后開挖確定)(厘米)。
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