词语大全 > 渗透系数

渗透系数

渗透系数又称水力传导系数(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为渗透系数;η为动力粘滞性系数;ρ为流体密度;g为重力加速度。在各向异性介质中,渗透系数以张量形式表示。渗透系数愈大,岩石透水性愈强。强透水的粗砂砾石层渗透系数>10米/昼夜;弱透水的亚砂土渗透系数为1~0.01米/昼夜;不透水的粘土渗透系数<0.001米/昼夜。据此可见土壤渗透系数决定于土壤质地。

渗透系数k 是一个代表土的渗透性强弱的定量指标,也是渗流计算时必须用到的一个基本参数。不同种类的土,k 值差别很大。因此,准确的测定土的渗透系数是一项十分重要的工作。

渗透系数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。影响渗透系数大小的因素很多,主要取决于土体颗粒的形状、大小、不均匀系数和水的粘滞性等,要建立计算渗透系数k的精确理论公式比较困难,通常可通过试验方法,包括实验室测定法和现场测定法或经验估算法来确定k值。

渗透系数的测定方法主要分“实验室测定”和“野外现场测定“两大类。

1.实验室测定法

目前在实验室中测定渗透系数 k 的仪器种类和试验方法很多,但从试验原理上大体可分为”常水头法“和"变水头法"两种。

常水头试验法就是在整个试验过程中保持水头为一常数,从而水头差也为常数。 如图:

试验时,在透明塑料筒中装填截面为A,长度为L的饱和试样,打开水阀,使水自上而下流经试样,并自出水口处排出。待水头差△h和渗出流量Q稳定后,量测经过一定时间 t 内流经试样的水量V,则

V = Q*t = ν*A*t

根据达西定律,v = k*i,则

V = k*(△h/L)*A*t

从而得出

k = q*L / A*△h=Q*L /( A*△h)

常水头试验适用于测定透水性大的沙性土的渗透参数。粘性土由于渗透系数很小,渗透水量很少,用这种试验不易准确测定,须改用变水头试验。

变水头试验法就是试验过程中水头差一直随时间而变化,其装置如图:水从一根直立的带有刻度的玻璃管和U形管自下而上流经土样。试验时,将玻璃管充水至需要高度后,开动秒表,测记起始水头差△h1,经时间 t 后,再测记终了水头差△h2,通过建立瞬时达西定律,即可推出渗透系数 k 的表达式。

设试验过程中任意时刻 t 作用于两段的水头差为△h,经过时间dt后,管中水位下降dh,则dt时间内流入试样的水量为

dVe = -a dh

式中 a 为玻璃管断面积;右端的负号表示水量随△h的减少而增加。

根据达西定律,dt时间内流出试样的渗流量为:

dVo = k*i*A*dt = k*(△h/L)*A*dt

式中,A试样断面积;L试样长度。

根据水流连续原理, 应有dVe = dVo,即得到

k = (a*L/A*t)(△h1/△h2)

或用常用对数表示,则上式可写为

k = 2.3*(a*L/A*t)lg(△h1/△h2)

2. 野外现场测定法

渗水试验(infiltration test)一般采用试坑渗水试验,是野外测定包气带松散层和岩层渗透系数的简易方法。试坑渗水试验常采用的是试坑法、单环法、和双环法。

是在表层干土中挖一个一定深度(30-50厘米)的方形或圆形试坑,坑底要离潜水位3-5米,坑底铺2一3厘米厚的反滤粗砂,向试坑内注水,必需使试坑中的水位始终高出坑底约10厘米。为了便于观测坑内水位,在坑底要设置一个标尺。求出单位时间内从坑底渗入的水量Q,除以坑底面积F,即得出平均渗透速度v=Q/F。当坑内水柱高度不大(等于10厘米)时,可以认为水头梯度近于1,因而K(渗透系数)=V。这个方法适用于测定毛细压力影响不大的砂类土,如果用在粘性土中,所测定的渗透系数偏高。

是试坑底嵌入一个高20厘米,直径35.75厘米的铁环,该铁环圈定的面积为1000平方厘米。铁环压入坑底部10厘米深,环壁与土层要紧密接触,环内铺2一3厘米的反滤粗砂。在试验开始时,用马利奥特瓶控制环内水柱,保持在10厘米高度上。试验一直进行到渗入水量Q固定不变为止,就可以按下式计算渗透速度:v=Q/F,所得的渗透速度即为该松散层、岩层的渗透系数值。

是试坑底嵌入两个铁环,增加一个内环,形成同心环,外环直径可取0.5米, 内环直径可取0.25米。试验时往铁环内注水,用马利奥特瓶控制外环和内环的水柱都保持在同一高度上,(例如10厘米)。根据内环取的的资料按上述方法确定松散层、岩层的渗透系数值。由于内环中的水只产生垂直方向的渗入,排除了侧向渗流带的误差,因此,比试坑法和单环法精确度高。内外环之间渗入的水,主要是侧向散流及毛细管吸收,内环则是松散层和岩层在垂直方向的实际渗透。

当渗水试验进行到渗入水量趋于稳定时,可按下式精确计算渗透系数(考虑了毛细压力的附加影响):K(渗透系数)= QL/ F(H+Z+L)。

式中:

Q-----稳定的渗入水量(立方厘米/分);

F------试坑内环的渗水面积(平方厘米);

Z-----试坑内环中的水厚度(厘米);

H-----毛细管压力(一般等于岩土毛细上升高度的一半)(厘米);

L-----试验结束时水的渗入深度(试验后开挖确定)(厘米)。

地下水流速的确定:在地下水等水位图上的地下水流向上,求出相邻两等水位线间的水力梯度,然后利用公式计算地下水的流速V=kI

式中:V---地下水的渗流速度(m/d)

K---渗透系数(m/d)

I----水力梯度。

词语大全 8944.net

copyright ©right 2010-2021。
词语大全内容来自网络,如有侵犯请联系客服。zhit325@126.com