渗透系数

什么是渗透系数

渗透系数又称水力传导系数，在各向同性介质中，它的定义为单位水力梯度下的单位流量，用来表示流体通过孔隙骨架的难易程度。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。

渗透系数计算公式方法

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。

渗透系数计算公式为：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。

渗透系数的实验室测定

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。 

1、变水头试验法

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、常水头法

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。

野外渗透系数测定

野外渗透系数是现场测定土体或岩体的渗透系数的原位试验。按方法特征可分为注水试验、抽水试验和压水试验；按水头特征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系数。

1、压水试验法

压水试验法是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应用。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。

2、注水试验法

测定含水层渗透系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系计算含水层的渗透系数，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系数。

3、抽水试验法

抽水试验法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系数。