渗透系数(渗透系数测量和影响因素)

渗透系数k

它是表示土的渗透性的定量指标，也是计算中必须使用的基本参数。不同种类的土壤K值差异很大。因此，准确测量土的渗透系数非常重要。

实验室测定方法

目前，实验室测定渗透系数K的仪器和试验方法有很多种，但从试验原理来看，大致可分为两种:恒定水头法和可变水头法。

(1)恒定水头试验法

恒水头测试法是在整个测试过程中保持水头不变，使水头差也不变。适用于测量高渗透性砂土的渗透系数，

设试样长度为L，截面积为a，试验时，先打开供水阀，使水自上而下穿过试样，从溢流槽排出。在中的样品两端安装测压计，测量水头差H，当样品中的水渗流稳定后，经过一段时间，测量流经样品的水量Q为T和测压计的水头差H，根据达西定律可以得到结果:

(2)变水头试验法

对于粘性土，由于其渗透系数小，渗水量小，不容易通过恒水头渗透试验准确测定，所以这种渗透系数小的土可以采用变水头渗透试验。可变水头试验在试验过程中，水头随时间变化。土壤的渗透系数是通过水头变化与流经样品断面的水量之间的关系来测量的。测试装置如图3.6 (b)所示。水从带有刻度的直立玻璃管和来自U形管流过样品。试验过程中，在玻璃管中注入经过预处理的试验水至适当高度后，启动秒表，测量并记录初始水头差H1，然后在时间t后测量水头差H2，即可由达西定律推导出渗透系数的表达式。

渗透试验装置示意图

设玻璃管的截面积为A，样品的长度为L，样品的截面积为A，在试验开始后的任意时刻，T的水头差为h，dt期后，管内水位下降dh，则dt期流过样品的水量为:

其中，负号表示渗水量随h的减小而增加。

根据达西定律，在时间段dt中流过样品的水量可以表示为:

让公式(a)等于公式(b ),得到:

积分的两边:

也就是说，土壤渗透系数的表达式如下

实验室测定渗透系数K的优点是设备简单，成本低。但由于土的渗透性与土的结构有很大关系，地层中的水平和垂直渗透性往往是不同的。再加上取样时的扰动，很难获得有代表性的原状土样，尤其是砂土。因此，室内试验测得的K值往往不能反映现场土的实际渗透性。为了测量地基土层的实际渗透系数，可在现场现场直接测量K值。

渗透系数的现场测量

在现场研究场地渗透性，测定渗透系数K时，常采用现场钻孔抽水试验或注水试验的方法。对于均质粗粒土层，现场抽水试验测得的K值往往比室内试验更可靠。下面主要介绍通过抽水试验确定K值的方法。注水试验的原理与抽水试验的原理相似。

该图示出了现场钻孔抽水试验的示意图。在现场钻一口试验井，穿过待测K值的砂质土层，在距井中心不同距离处设置一口或两口观测井。然后以恒定的速率从井中连续抽水。抽水使周围地下水位逐渐下降，形成以钻孔为轴的漏斗状地下水面。

通过测量试验井和观测孔中的稳定水位，可以绘制测压管的水位变化图。压力管头差造成的水力梯度使水流入井内。假设水流是水平的，流向井的渗流截面应该是一系列同心圆柱面。出水量和井内动态水位稳定一段时间后，若实测抽水量为Q，观测井与井轴的距离分别为R1和R2，孔内水位高度为H1和H2，则可由达西定律求得土层的平均K值。

抽水试验示意图

在井的周围画一个横截面，横截面到井中心的距离为R，水面高度为H，那么横截面面积A为:

假设水力坡度恒定，等于过水断面上每一处的地下水位线的坡度，则

根据达西定律，单位时间内从井中抽出的水量为:

等式两边的积分:

或者用常数对数表示，那么

可靠的场地平均渗透系数可通过现场测定K值获得，但试验费用较高，需根据工程规模和勘察要求确定是否采用。