均質(zhì)土層中鉆孔注水滲透系數(shù)求解方法

錢財富

（1.安徽省·水利部淮委水利科學(xué)研究院 蚌埠 233000 2.安徽省建筑工程質(zhì)量監(jiān)督檢測站 蚌埠 233000）

均質(zhì)土層中鉆孔注水滲透系數(shù)求解方法

錢財富1，2

（1.安徽省·水利部淮委水利科學(xué)研究院 蚌埠 233000 2.安徽省建筑工程質(zhì)量監(jiān)督檢測站 蚌埠 233000）

本文以基于達西定律為基礎(chǔ)，對地下水位以上土層進行鉆孔注水試驗，利用流量相等的原則試算流線邊界，從而給出地下水位以上均質(zhì)土層的滲透系數(shù)估算值。

鉆孔注水 一匯流線流 均質(zhì)土層 滲透系數(shù)

1 前言

目前規(guī)范中關(guān)于現(xiàn)場注水試驗滲透系數(shù)計算方法大多為地下水位以下情況，對于地下水位較低注水試驗段為地下水位以上的滲透系數(shù)計算僅《水文地質(zhì)手冊》提供有專門介紹，但計算公式有其局限性，當(dāng)孔內(nèi)水頭高度較低時計算結(jié)果失真較大。本文通過達西定律推求鉆孔注水試驗的滲透系數(shù)計算簡化公式，并通過工程實例驗證該公式計算結(jié)果的合理性。

2 理論分析

假設(shè)鉆孔注水試驗試驗段土層均勻，且充分飽和，水平和垂直滲透系數(shù)大小相等，且滲透系數(shù)大小不隨深度變化。水在土體孔隙中滲透時，由于滲透阻力的作用，沿程伴隨著能量的損失的滲透規(guī)律符合達西定律。

式中：q為滲流量，cm3/s；k為滲透系數(shù)，cm/s；i為水力坡降，；A為截面面積。

該鉆孔注水試驗，按常水頭無套管方法進行。根據(jù)達西定律，地下水位以上飽和均質(zhì)土層滲流按一匯線流簡化，如圖1所示。

圖1 滲流過程示意圖

表1 滲透系數(shù)估算計算表

由圖1可知，其入滲邊界為abcd，入滲流量為：

式中：Δh0、Δl0為入滲邊界處水頭損失和入滲滲徑；i0為入滲邊界任一點的水力坡降；δ0為入滲邊界滲透系數(shù)為i0的任一小區(qū)域的面積。

選取任一水平滲出邊界ef，如圖1，其滲出流量為：

由于水頭在滲流過程中的沿程損失存在，當(dāng)邊界ef面足夠遠時，i沿徑向不再發(fā)生變化，且等于1。那么（3）式為：

q=kA （4）

式中：A為ef面出滲面積，A=πR2。

由于試驗段土層充分飽和，所以從入滲面abcd滲入水量和出滲面ef滲出水量應(yīng)該相等。那么由（1）和（4）式得：

由（5）式得：

為了更加精確地估算可給定的不同滲透系數(shù)求出其滲流場，并對R值進行迭代計算，直至兩滲透系數(shù)差值較小。

3 應(yīng)用舉例

某工程鉆孔深度11.0m，鉆孔半徑為0.055m，試驗時試驗段土體充分飽和，注水量為0.0038m3/h。將數(shù)值帶入（6）式解得：k∈（2.75×10-7，2.77×10-5），cm/s。

根據(jù)滲透系數(shù)范圍值進行選取試算，試算結(jié)果如表1所示。

由表1可知，該工程試驗段土體滲透系數(shù)約為4.29×10-6cm/s。該孔所取芯樣，室內(nèi)滲透系數(shù)平均值為7.02× 10-7cm/s。

由于室內(nèi)試驗的局限性，其室內(nèi)滲透系數(shù)一般比現(xiàn)場滲透試驗值小。此次計算滲透系數(shù)估算值較為合理，基本可以反映該區(qū)域土層滲透情況。

4 結(jié)論

（1）本文估算結(jié)果精度較高，能夠滿足工程使用要求。

（2）本文公式僅適用均質(zhì)土層，對于非均勻土層很難求出估計滲透系數(shù)下滲出半徑R估，若能在現(xiàn)場注水試驗時測出其流線形式，亦能通過該文公式進行計算。其結(jié)果為試驗段土層的平均滲透系數(shù)■

（專欄編輯：顧 梅）