渗透系数

渗透系数
渗透系数 k
是一个代表土的渗流性强弱的定量指标，也是计算时必须用到的基本参数，不同种类的土，k 值差别很大。

因此，准确测定土的渗透系数，是一项十分重要的工作。

实验室测定法
目前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。

（１）常水头试验法
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。

适用于测量渗透性大的砂性土的渗透系数，
设试样的长度为L，截面积为A，试验时，先打开供水阀，使水自上而下通过试样并从溢流槽排除，试样两端部设有测压管测定其水头差Δ h，待水在试样中渗流稳定后，经过一段时间，测定历时t 流过试样的水量Q 和测压管水头差Δ h，即可按照达西定律得：
（２）变水头试验法
对于黏性土来说，由于其渗透系数较小，故渗水量较小，用常水头渗透试验不易准确测定，因此这种渗透系数小的土可用变水头渗透试验。

变水头试验在试验过程中水头是随时间而变化的。

利用水头变化与渗流通过试样截面的水量关系测定土的渗透系数，试验装置如图３．６（b）所示。

水流从一根直立带有刻度的玻璃管和U 形管自上而下流经试样。

试验时，将玻璃管充以预处理好的
试验用水至适当高度后，开动秒表，测记起始水头差h１，经历时间t 后再测定水头差h２，便可利用达西定律推导出渗透系数的表达式。

渗透试验装置示意图
设玻璃管内截面积为a，试样长度为L，试样截面积为A。

试验开始后任意时刻t 的水头差为h，经历dt 时段，管中水位下降dh，则时段dt 内，流过试样的水量为：
式中，负号表示渗水量随h 的减小而增大。

根据达西定律，在时段dt 内流过试样的水量又可表示为：
令式（a）等于式（b），得到：
上式两边积分：
即可得土的渗透系数表达式为
实验室测定渗透系数k 的优点是设备简单，费用较低。

但是，由于土的渗透性与土的结构有很大关系，地层中水平方向和垂直方向的渗透性往往不一样；再加之取样时的扰动，不易取得具有代表性的原状土样，特别是砂土。

因此，室内试验测出的k 值常常不能很好地反映现场土的实际渗透性质。

为了量测地基土层的实际渗透系数，可直接在现场进行k 值的原位测定。

渗透系数的现场测定
在现场研究场地的渗透性，进行渗透系数k 值测定时，常用现场井孔抽水试验或注水试验的方法。

对于均质的粗粒土层，用现场抽水试验测出的k 值往往比室内试验更为可靠。

下面主要介绍用抽水试验确定k 值的方法。

注水试验的原理与抽水试验类似。

如图所示为一现场井孔抽水试验示意图。

在现场打一口试验井，贯穿要测定k 值的砂土层，并在距井中心不同距离处设置一个或两个观测孔。

然后自井中以不变速率连续进行抽水。

抽水造成周围的地下水位逐渐下降，形成一个以井孔为轴心的漏斗状的地下水面。

测定试验井和观察孔中的稳定水位，可以画出测压管水位变化图形。

测压管水头差形成的水力坡降，使水流向井内。

假定水流是水平流向时，则流向水井的渗流过水断面应是一系列的同心圆柱面。

待出水量和井中的动水位稳定一段时间后，若测得的抽水量为Q，观测孔距井轴线的距离分别为r１、r２，孔内的水位高度为h１、h２，通过达西定律即可求出土层的平均k 值。

抽水试验示意图
围绕井抽取一过水断面，该断面距井中心的距离为r，水面高度为h，则过水断面积A为：
假设该过水断面上各处水力坡降为常数，且等于地下水位线在该处的坡度时，则
根据达西定律，单位时间自井内抽出的水量为：
等式两边进行积分：
或用常对数表示，则
现场测定k 值可以获得场地较为可靠的平均渗透系数，但试验所需费用较大，故要根据工程规模和勘察要求，确定是否需要采用。