双环渗水试验
双环渗水试验作业指导
地下水勘查项目部
二0—四年九月
、实验目的和意义
双环法试验是野外测定包气带非饱和松散岩层的渗透系数的常 用的简易方法，试验的结果更接近实际情况。利用这个试验，主要为 研究区域性水均衡、水库、灌区、渠道渗漏量、山前地区地表水渗入 量等进行的。
二、实验原理
在一定的水文地质边界以内，向地表松散岩层进行注水，使渗入 的水量达到稳定，即单位时间的渗入水量近似相等时， 再利用达西定 律的原理求出渗透系数（K ）值。
三、实验仪器
渗水双环（两个高约50cm 直径分别为和的铁环）、两套带有刻 度的供水桶、胶带、橡皮管，止水夹、铁锹、尺子、及若干要填在试 环底部的小砾石。
供水桶
外环
1 1 I
內坏
■
p
? S.
. -
L J ■ ! ??
图3-1 双环试验剖面示意图
I * t V
JbK 夹=
渗究方向示意线
照片3-1 双环试验野外示意
恕—
四、实验步骤
1、确定试点，开挖试坑。
确定试点有三个原则:
0是代表性。试点处的包气带岩层要能代表试区相当大范围内包
气带岩层的情况；0是一致性，试点处包气带岩层的选择应与大目标
致，如本次实例是为了选择人工回灌点，所以选择包气带岩层渗透性能较好的部位进行试验。0选择试验场地，最好在潜水埋藏深度大于5m的地方为好。如果潜水埋深小于2m时，因渗透路径太短，测得的渗透系数不真实，就不要使用渗水试验。
试坑开挖:
铲去表土，露出目标层，试坑深度应大于，试坑面积X左右，以消除包气带表层植被根系对试验的影响
2、压入双环、铺砾、立标
将双环同心压入试坑底部中央，原则上压入即可，实际中，将双环压入试层3-8cm。铺砾的目的是防止注水时将环底的沙层冲起，试验中实际铺砾3-
4cm。立标的目的在于，定水头注水时，控制环底水层厚度，一般控制在10cm 需要说明的一点是，此处所言的“水层厚度”是包括环底铺砾厚度在内的。
3、定水头注水、观测记录
以环底水标为准，保持标头刚好淹在水中，内外环同时定水头注水（随时保持内外环的水柱都保持在10cm的同一高度。这样即可认
为，内外环之间渗入的水主要消耗在侧向扩散上，内环渗入的水主要
消耗在垂向渗透上，为准垂向一维渗流）。同时从供水桶观测注入水 量。记录的时间，开始时因渗入量大，观测间隔时间要短，稍后可按 一定时间间隔比如每10分钟观测一次。
4、渗入速度稳定，完成试验
试验记录的过程中，绘制出渗速时间
v-t 曲线，当试验时间（
般为30分钟）曲线保持在一个不大的区间，再延续一段时间，如2-3h ， 即可结束试验。
5、精度要求
①流量观测精度应达到
g 开始的5次流量观测间隔5min ,以后每隔20min 观测一次。
◎连续两次观测流量之差不大于 5%即可结束试验，取最后一 次注入流量作为计算值
五、试验数据处理的方法
佝下移动）
她下水面
朋咻度（如a _渗流速度随时间变化广半品渝
水?
5 m 15 20 ?5 牝 10 5U 7U SO 帥 110
吋间/■5
图4-1渗流速度随时间变化曲线图
图5-1垂向一维渗流剖面示意图
1、垂向一维渗流原理
双环渗水试验主要是利用内环渗水模拟垂向一维渗流来求取试
层垂向渗透系数的。垂向一维渗流的简单模式如图5所示。渗水下限
称为湿润锋面，对于2—a,湿润锋面未达到地下水面，其以下的岩层
仍是非饱和的，湿润锋面以上的压力水头近似等于毛细上升高度He 的二分之一；对于图2—b由于湿润锋面已与地下水面交在一起，故
其上不存在压力水头。如果保持环内的水层厚度Hs为常数，根据达西
定律，对应于图2—a和图2—b的渗水内环底部的垂向入渗速度（V）可
分别用式[5-1]、[5-2]表示:
v
=k(H s+0.5H C+L w)
L w v=k(H+L w)
L w [5-1] [5-2]
式中:
V —内环底部的入渗速度。
K —渗透系
数。
H S—渗水环中的水层厚度。
He—毛细上升高度，水向干土中渗透时，所产生的毛细压力，以
水柱咼度表示。
L w—湿润带深度，在试验时间段内，水由试坑底向土层中渗透的
深度。
L w值可在试验后用手摇钻、洛阳铲、铁锹获取，测定其含水量变
化得知。He按表5-1确定。如果当试验层为粗砂或粗砂卵石层，而试坑中水层厚度为10cm时，He与H S及L w相比则很小，水力梯度近似等于1,贝J K=Q/A=V
若试验层是粘性土类，可按H c的实际数值代入公式计算得出水力梯度I 值，再利用V=KI求得渗透系数（K）。
表5-1 不同岩性毛细压力H C表
2、包气带垂向渗透系数k的求法
通常采用两种方法，渗透速度近似法和公式法。
0入渗速度近似法
当渗水试验延续时间较长，v值趋于稳定，则由［5-1］式可得:
[5-3] [5-4]
式中:
V —为渗水体积, A —为渗环横截面积, t —为入渗时间
对图5-1所示的垂向一维渗流，有下述微分方程:
dL , C+ L w 卩 dr= kp
[5-5] /HS+ 0.5HC C
= { H S
[5-6]
式中:
a —给水
度。
L w — t 时（从注水开始算起）湿锋面的深度（从渗水环底面算起）。 在渗水试验过程中，由于用调节注水量的办法来保持试坑内水层
厚度H S 为定值，即C 为定值。积分［5-5］式，结果得：
?咗-ln （1 +
为 取两次观测时间t i 和t j ，相应有t i 、tj 时刻湿润锋面到达的深
[5-7]
度、和t i 、t j 时刻注水体积V 、V
。 如果令 [5-8]
结果有 b i - In (1+ b i )二 ty(b j - ln(1+ b j ))
[5-9]
又因为