野外渗透係数是现场测定土体或岩体的渗透係数的原位试验。按方法特徵可分为注水试验、抽水试验和压水试验;按水头特徵又可分为变水头渗透试验和常水头渗透试验。其中变水头试验仅适用于饱和土层和渗透性较大的土层。对地下水位以上的土层可用注水试验,地下水位以下的土层可用抽水试验。在坚硬及半坚硬岩层中,地下水位距地表很深时,可用压水试验评价岩层透水性。对粉砂及细砂,则可利用渗压计测定渗透係数。
基本介绍
- 中文名:野外渗透係数
- 外文名:The coefficient of permeability of the wild
- 别称:现场渗透试验
- 定义:在现场测定渗透係数的实验
- 方法:注水试验、抽水试验和压水试验
- 学科:土木工程
简介
渗透是液体在多孔介质中运动的现象, 表达这一现象的定量指标是渗透係数。渗透係数的测定广泛套用于水利工程、 土木工程、 环境岩土工程等领域。国内主要採用常水头和变水头渗透仪测定渗透係数。渗透试验是利用一些试验器具测定岩土的渗透係数的试验,分为室内试验和野外测定试验两大类。其中野外测定试验,又称现场渗透试验,即在现场测定渗透係数的实验。现场测定法主要有实测流速法(色素法、电解质法、食盐法)、注水法、抽水法( 降低水位法:平衡法、不平衡法) 水位恢复法、试坑试验法、单环试验法、双环试验法等。由于室内试验测定渗透係数所需的原状土,在取样、运输、制样等过程中不可避免地产生扰动,或者只能重塑土样製备使用,且制样后土体尺寸偏小,因此製成的土样不能很好地反映原状土的特性。与室内试验相比,现场的原位试验在保持原状土特性方面有着无可比拟的优点,因此所得到的试验结果更为準确。
方法
注水试验(injecting test):测定含水层渗透係数的一种水文地质试验。方法是向钻孔(或水井)中连续不断地注水,使孔内保持一定的水位,根据注水量和水位抬高的关係计算含水层的渗透係数,其原理、观测要求及计算方法与抽水试验类似。但抽水试验是在含水层中形成降落漏斗,而注水试验是形成反漏斗。适用于地下水位埋藏很深或缺乏抽水设备的情况下测定渗透係数。
抽水试验(pumping test):测定含水层的水文地质参数和水井或钻孔出水能力的一种水文地质试验。方法是利用提水工具在井孔中抽水,按一定时间间隔观测井(或钻孔)的涌水量,以及抽水井和观测孔的水位降深。根据观测数据求出含水层的水文地质参数。分稳定流抽水试验和非稳定流抽水试验两种。稳定流抽水试验时,抽水的流量和水位降深必须到达稳定,根据试验资料可求出含水层的渗透係数。非稳定流抽水试验又分定流量抽水和定降深抽水两种。根据不同水文地质条件下的抽水试验,可分别求出含水层的导水係数、渗透係数、贮水係数、给水度和越流凶素等水文地质参数。根据抽水孔和观测孔的数目,又可分单孔抽水试验、多孔抽水试验和群孔抽水试验。
压水试验(injecting test under pressure):为了解和测试坚硬岩石的裂隙发育程度和透水性的一种野外水文地质试验。在一定水头压力作用下,将水压入钻孔中的某一段(通常长5 m)岩层内,记录压入的水量,直至压力和压入水量在一个相当长的时间保持稳定为止。根据这些资料可以计算出透水率(每分钟在1 m高水头压入长度为1 m钻孔内的水量)。在水工建筑的工程地质勘察中得到广泛套用。为验证灌浆设计和检查整个灌浆系统的可靠性,可在灌浆作业开始时进行该项试验;部分孔已灌浆后,为了检查灌浆效果,则通过检查孔进行压水试验,确定是否需要继续插孔灌浆。
渗透係数
渗透係数又称水力传导係数(hydraulic conductivity)。在各向同性介质中,它定义为单位水力梯度下的单位流量,表示流体通过孔隙骨架的难易程度,表达式为:κ=kρg/η,式中k为孔隙介质的渗透率,它只与固体骨架的性质有关,κ为渗透係数;η为动力粘滞性係数;ρ为流体密度;g为重力加速度。在各向异性介质中,渗透係数以张量形式表示。渗透係数愈大,岩石透水性愈强。强透水的粗砂砾石层渗透係数>10米/昼夜;弱透水的亚砂土渗透係数为1~0.01米/昼夜;不透水的粘土渗透係数<0.001米/昼夜。渗透係数k是综合反映土体渗透能力的一个指标,其数值的正确确定对渗透计算有着非常重要的意义。影响渗透係数大小的因素很多,主要取决于土体颗粒的形状、大小、不均匀係数和水的粘滞性等,要建立计算渗透係数k的精确理论公式比较困难,通常可通过试验方法或经验估算法来确定k值。