滲透系數(shù)（物理學(xué)學(xué)科的專有名詞）

測定影響

滲透系數(shù)k 是一個代表土的滲透性強(qiáng)弱的定量指標(biāo)，也是滲流計(jì)算時(shí)必須用到的一個基本參數(shù)。不同種類的土，k 值差別很大。因此，準(zhǔn)確的測定土的滲透系數(shù)是一項(xiàng)十分重要的工作。

主要內(nèi)容

表示巖土透水性能的數(shù)量指標(biāo)。亦稱水力傳導(dǎo)度?？捎蛇_(dá)西定律求得： q=KI

式中q為單位滲流量，也稱滲透速度（米/日）;K為滲透系數(shù)（米/日）；I為水力坡度，無量綱?？梢?，當(dāng)I=1時(shí)，q=K，表明滲透系數(shù)在數(shù)值上等于水力坡度為 1時(shí)，通過單位面積的滲流量。巖土的滲透系數(shù)愈大，透水性越強(qiáng)，反之越弱。

滲透系數(shù)的大小主要不取決于巖土空隙度的值，而取決于空隙的大小、形狀和連通性，也取決于水的粘滯性和容量，因此，溫度變化，水中有機(jī)物、無機(jī)物的成分和含量多少，均對滲透系數(shù)有影響。

在均質(zhì)含水層中，不同地點(diǎn)具有相同的滲透系數(shù)；在非均質(zhì)含水層中，滲透系數(shù)與水流方向無關(guān)，而在各向異性含水層中，同一地點(diǎn)當(dāng)水流方向不同時(shí)，具有不同的滲透系數(shù)值。一般說來，對于同一性質(zhì)的地下水飽和帶中一定地點(diǎn)的滲透系數(shù)是常數(shù)；而非飽和帶的滲透系數(shù)隨巖土含水量而變，含水量減少時(shí)滲透系數(shù)急劇減少。

滲透系數(shù)是含水層的一個重要參數(shù)，當(dāng)計(jì)算水井出水量、水庫滲漏量時(shí)都要用到滲透系數(shù)數(shù)值。滲透系數(shù)的測定方法很多，可以歸納為野外測定和室內(nèi)測定兩類。室內(nèi)測定法主要是對從現(xiàn)場取來的試樣進(jìn)行滲透試驗(yàn)。野外測定法是依據(jù)穩(wěn)定流和非穩(wěn)定流理論，通過抽水試驗(yàn)(在水井中抽水，并觀測抽水量和井水位)等方法，求得滲透系數(shù)。

與滲透系數(shù)密切相關(guān)的另一參數(shù)為導(dǎo)水系數(shù)(coef-ficient of transmissivity)，它是滲透系數(shù)與含水層厚度的乘積，多用在地下水流的計(jì)算公式中。對某一垂直于地下水流向的斷面來說，導(dǎo)水系數(shù)相當(dāng)于水力坡度等于 1時(shí)流經(jīng)單位寬度含水層的地下水流量。導(dǎo)水系數(shù)大，表明在同樣條件下，通過含水層斷面的水量大，反之則小。導(dǎo)水系數(shù)只有當(dāng)?shù)叵滤S流動時(shí)才有意義，對于三維流動是沒有意義的。

測定方法

常水頭法測滲透系數(shù)k

1.實(shí)驗(yàn)室測定法

目前在實(shí)驗(yàn)室中測定滲透系數(shù) k 的儀器種類和試驗(yàn)方法很多，但從試驗(yàn)原理上大體可分為”常水頭法“和"變水頭法"兩種。

常水頭試驗(yàn)法就是在整個試驗(yàn)過程中保持水頭為一常數(shù)，從而水頭差也為常數(shù)。如圖：

試驗(yàn)時(shí)，在透明塑料筒中裝填截面為A，長度為L的飽和試樣，打開水閥，使水自上而下流經(jīng)試樣，并自出水口處排出。待水頭差△h和滲出流量Q穩(wěn)定后，量測經(jīng)過一定時(shí)間 t 內(nèi)流經(jīng)試樣的水量V，則

V = Q*t = ν*A*t

根據(jù)達(dá)西定律，v = k*i，則

V = k*（△h/L）*A*t

從而得出

k = q*L / A*△h=Q*L /( A*△h)

常水頭試驗(yàn)適用于測定透水性大的沙性土的滲透參數(shù)。粘性土由于滲透系數(shù)很小，滲透水量很少，用這種試驗(yàn)不易準(zhǔn)確測定，須改用變水頭試驗(yàn)。

變水頭試驗(yàn)法就是試驗(yàn)過程中水頭差一直隨時(shí)間而變化，其裝置如圖：

水從一根直立的帶有刻度的玻璃管和U形管自下而上流經(jīng)土樣。試驗(yàn)時(shí)，將玻璃管充水至需要高度后，開動秒表，測記起始水頭差△h1，經(jīng)時(shí)間 t 后，再測記終了水頭差△h2，通過建立瞬時(shí)達(dá)西定律，即可推出滲透系數(shù) k 的表達(dá)式。

設(shè)試驗(yàn)過程中任意時(shí)刻 t 作用于兩段的水頭差為△h，經(jīng)過時(shí)間dt后，管中水位下降dh，則dt時(shí)間內(nèi)流入試樣的水量為

dVe = －a dh

式中 a 為玻璃管斷面積；右端的負(fù)號表示水量隨△h的減少而增加。

根據(jù)達(dá)西定律，dt時(shí)間內(nèi)流出試樣的滲流量為：

dVo = k*i*A*dt = k*（△h/L）*A*dt

式中，A——試樣斷面積；L——試樣長度。

根據(jù)水流連續(xù)原理，應(yīng)有dVe = dVo，即得到

k = （a*L/A*t）㏑（△h1/△h2）

或用常用對數(shù)表示，則上式可寫為

k = 2.3*（a*L/A*t）lg（△h1/△h2）

2. 野外現(xiàn)場測定法

滲水試驗(yàn)(infiltration test)一般采用試坑滲水試驗(yàn)，是野外測定包氣帶松散層和巖層滲透系數(shù)的簡易方法。試坑滲水試驗(yàn)常采用的是試坑法、單環(huán)法、和雙環(huán)法。

是在表層干土中挖一個一定深度（30-50厘米）的方形或圓形試坑，坑底要離潛水位3-5米，坑底鋪2一3厘米厚的反濾粗砂，向試坑內(nèi)注水，必需使試坑中的水位始終高出坑底約10厘米。為了便于觀測坑內(nèi)水位，在坑底要設(shè)置一個標(biāo)尺。求出單位時(shí)間內(nèi)從坑底滲入的水量Q，除以坑底面積F，即得出平均滲透速度v=Q/F。當(dāng)坑內(nèi)水柱高度不大（等于10厘米）時(shí)，可以認(rèn)為水頭梯度近于1，因而K(滲透系數(shù))=V。這個方法適用于測定毛細(xì)壓力影響不大的砂類土，如果用在粘性土中，所測定的滲透系數(shù)偏高。

是試坑底嵌入一個高20厘米，直徑35.75厘米的鐵環(huán)，該鐵環(huán)圈定的面積為1000平方厘米。鐵環(huán)壓入坑底部10厘米深，環(huán)壁與土層要緊密接觸，環(huán)內(nèi)鋪2一3厘米的反濾粗砂。在試驗(yàn)開始時(shí)，用馬利奧特瓶控制環(huán)內(nèi)水柱，保持在10厘米高度上。試驗(yàn)一直進(jìn)行到滲入水量Q固定不變?yōu)橹?，就可以按下式?jì)算滲透速度：v=Q/F，所得的滲透速度即為該松散層、巖層的滲透系數(shù)值。

是試坑底嵌入兩個鐵環(huán)，增加一個內(nèi)環(huán)，形成同心環(huán)，外環(huán)直徑可取0.5米, 內(nèi)環(huán)直徑可取0.25米。試驗(yàn)時(shí)往鐵環(huán)內(nèi)注水，用馬利奧特瓶控制外環(huán)和內(nèi)環(huán)的水柱都保持在同一高度上，（例如10厘米）。根據(jù)內(nèi)環(huán)取的的資料按上述方法確定松散層、巖層的滲透系數(shù)值。由于內(nèi)環(huán)中的水只產(chǎn)生垂直方向的滲入，排除了側(cè)向滲流帶的誤差，因此，比試坑法和單環(huán)法精確度高。內(nèi)外環(huán)之間滲入的水，主要是側(cè)向散流及毛細(xì)管吸收，內(nèi)環(huán)則是松散層和巖層在垂直方向的實(shí)際滲透。

當(dāng)滲水試驗(yàn)進(jìn)行到滲入水量趨于穩(wěn)定時(shí)，可按下式精確計(jì)算滲透系數(shù)（考慮了毛細(xì)壓力的附加影響）：K(滲透系數(shù))= QL/ F(H+Z+L)。

式中：

Q-----穩(wěn)定的滲入水量(立方厘米/分)；

F------試坑內(nèi)環(huán)的滲水面積(平方厘米)；

Z-----試坑內(nèi)環(huán)中的水厚度(厘米)；

H-----毛細(xì)管壓力（一般等于巖土毛細(xì)上升高度的一半）(厘米)；

L-----試驗(yàn)結(jié)束時(shí)水的滲入深度（試驗(yàn)后開挖確定）(厘米)。

主要應(yīng)用

地下水流速的確定：在地下水等水位圖上的地下水流向上，求出相鄰兩等水位線間的水力梯度，然后利用公式計(jì)算地下水的流速V=kI

式中：V---地下水的滲流速度（m/d）

K---滲透系數(shù)（m/d）

I----水力梯度。