实验室测定土的渗透系数方法,从原理来讲可分为 和 两种
从试验原理上大体可分为”常水头法“和”变水头法“两种!另请参考: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...
什么是渗透系数渗透系数的测定方法
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。那么你对渗透系数了解多少呢?以下是由我整理关于什么是渗透系数的内容,希望大家喜欢!
渗透系数的介绍
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。
渗透系数的计算 方法
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
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。
试坑法
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。
单环法
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。
双环法
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);
与饱和土相比,非饱和土的渗透系数有何特点?如何测试非饱和土的渗透系数
土壤水分渗透速率与入渗时间的关系,在入渗的初始阶段速率较快,到一定时间后速率趋于稳定,此时的渗透速率称为稳定入渗率,可用以表征土壤的渗透特性。
温度变化,水中有机物、无机物的成分和含量多少,均对渗透系数有影响。
在均质 含水层中,不同地点具有相同的渗透系数;在非均质含水层中,渗透系数与水流方向无关,而在各向异性含水层中,同一地点当水流方向不同时,具有不同的渗透系数值。一般说来,对于同一性质的 地下水饱和带中一定地点的渗透系数是常数;而非饱和带的渗透系数随岩土含水量而变,含水量减少时渗透系数急剧增大。
变水头实验渗透系数怎么算
变水头法测定渗透系数
《土工技术与应用》项目组
2015年3月
变水头法测定渗透系数
(一)试验目的
测定粘性土的渗透系数k,以了解土层渗透性的强弱,作为选择坝体填土料的依据。
(二)试验原理
细粒土由于孔隙小,且存在粘滞水膜,若渗透压力较小,则不足以克服粘滞水膜的阻滞作用,因而必须达到某一起始比降后,才能产生渗流。变水头渗透试验适用于细粒土。
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(三)仪器设备
1、南55型渗透仪:如图1所示。
2、其它:100mL量筒、秒表、温度计、凡士林等。
(四)操作步骤
1、装土:将装有试样的环刀推入套筒内并压入止水垫圈。装好带有透水石和垫圈的上下盖,并用螺丝拧紧,不得漏气漏水。
2、供水:把装好试样的容器进水口与供水装置连通,关止水夹,向供水瓶注满水。
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什么叫土的渗透性
土渗透性(permeability of soils)水在土孔隙中渗透流动的性能。表征土渗透性指标为渗透系数。土中的水受水位差和应力的影响而流动,砂土渗流基本服从达西定律。粘性土因为结合水的黏滞阻力,只有水力梯度增大到起始水力梯度,克服了结合水黏滞阻力后,水才能在土中渗透流动,粘性土渗流不符合达西定律。
土力学的重要研究内容
流体在土体孔隙中的流动特性。它是土的主要力学性质之一。土渗透性是土力学的重要研究内容,这是因为:①土木工程、水文地质、农业、水利、环境保护等领域的许多课题都与土的渗透性密切相关;②土的三个主要力学性质,即强度、变形和渗透性之间,有密切的相互关系,使渗透性的研究已不限于渗流问题本身;③土的渗透性同土的其他物理性质常数相比,其变化范围要大得多,且具有高度的不均匀和各向异性性质。
土渗透性
分类
土的渗透性一般按土的渗透系数分类,如表1。
表1 土的渗透性分类
透水程度
高渗透性
中渗透性
低渗透性
极低渗透性
实际不透水
渗透系数K(cm/s)
10-1
10-1~10-3
10-3~10-5
10-5~10-7
10-7
土力学中所涉及的大多数对象,都适用于达西渗流定律。粗粒料,如堆石体等,密实粘土或可以自由流动的细颗粒土,可能越出达西定律适用范围。
测定方法
土的渗透系数(即渗透性指数)的测定方法很多,可归纳为直接法和间接法两类:直接法包括常水头法和变水头法试验,前者适用于渗透性较大的土,后者适用于渗透性较小的土;间接法包括根据固结试验成果计算和根据颗粒大小分布计算,前者适用于粘性土,后者适用于无粘性土。试验方法又可分为实验室测定和现场测定两类。各种试验方法的适用范围见表2。
表2 土的渗透系数测定方法适用范围
影响因素
影响砂性土渗透性的主要因素为渗透流体和土的颗粒大小、形状、级配以及密度。渗透流体的影响主要是粘滞度,而粘滞度又受温度影响。温度越高,粘滞度越低,渗流速度越大。土颗粒的影响是颗粒越细,渗透性越低;级配良好的土,因细颗粒充填大颗粒的孔隙,减小孔隙尺寸,从而降低渗透性。土的密度增加,孔隙减小,渗透性也会降低。影响粘性土的渗透性的主要因素为颗粒的矿物成分、形状和结构(孔隙大小和分布),以及土-水-电解质体系的相互作用。粘土颗粒的形状为扁平的,有定向排列作用,因此渗透性具有显著的各向异性性质。渗透性的毛管模型表明,渗透流速与孔隙直径平方成正比,而单位流量与孔隙直径的四次方成正比。孔隙率相同的粘性土,粒团间大空隙占高比例的结构的渗透性,比均匀孔隙尺寸的结构的渗透性大得多,粘性土的微观结构和宏观结构对渗透性影响很大,因此,实险室内的测定结果并不能反映实际的土体情况。层状粘土水平方向的渗透性往往远大于垂直方向;而黄土和黄土状土中,由于垂直大孔隙发育,其中的垂直方向的渗透性大于水平方向;裂缝粘土由于存在裂缝网络,所以渗透系数接近于粗砂,且具有严格的方向性。研究实际土体的渗透性时,必须注意它的特殊规律。
什么是渗透系数 渗透系数的测定方法
渗透系数渗透系数 渗透系数正文表示岩土透水性能的数量指标.亦称水力传导度.可由达西定律求得:q=KI式中q为单位渗流量,也称渗透速度(米/日);K为渗透系数(米/日);I为水力坡度,无量纲.可见,当I=1时,q=K,表明渗透系数在数值上等于水力坡度为1时,通过单位面积的渗流量.岩土的渗透系数愈大,透水性越强,反之越弱.渗透系数的大小主要不取决于岩土空隙度的值,而取决于空隙的大小、形状和连通性,也取决于水的粘滞性和容量,因此,温度变化,水中有机物、无机物的成分和含量多少,均对渗透系数有影响.在均质含水层中,不同地点具有相同的渗透系数;在非均质含水层中,渗透系数与水流方向无关,而在各向异性含水层中,同一地点当水流方向不同时,具有不同的渗透系数值.一般说来,对于同一性质的地下水饱和带中一定地点的渗透系数是常数;而非饱和带的渗透系数随岩土含水量而变,含水量减少时渗透系数急剧减少.渗透系数是含水层的一个重要参数,当计算水井出水量、水库渗漏量时都要用到渗透系数数值.渗透系数的测定方法很多,可以归纳为野外测定和室内测定两类.室内测定法主要是对从现场取来的试样进行渗透试验.野外测定法是依据稳定流和非稳定流理论,通过抽水试验(在水井中抽水,并观测抽水量和井水位)等方法,求得渗透系数.与渗透系数密切相关的另一参数为导水系数(coef-ficientoftransmissivity),它是渗透系数与含水层厚度的乘积,多用在地下水流的计算公式中.对某一垂直于地下水流向的断面来说,导水系数相当于水力坡度等于1时流经单位宽度含水层的地下水流量.导水系数大,表明在同样条件下,通过含水层断面的水量大,反之则小.导水系数只有当地下水二维流动时才有意义,对于三维流动是没有意义的.渗透系数配图渗透系数
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