均質土層中鉆孔注水滲透系數求解方法

錢財富

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

均質土層中鉆孔注水滲透系數求解方法

錢財富1，2

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

本文以基于達西定律為基礎，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土層的滲透系數估算值。

鉆孔注水 一匯流線流 均質土層 滲透系數

1 前言

目前規范中關于現場注水試驗滲透系數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計算僅《水文地質手冊》提供有專門介紹，但計算公式有其局限性，當孔內水頭高度較低時計算結果失真較大。本文通過達西定律推求鉆孔注水試驗的滲透系數計算簡化公式，并通過工程實例驗證該公式計算結果的合理性。

2 理論分析

假設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大小相等，且滲透系數大小不隨深度變化。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律符合達西定律。

式中：q為滲流量，cm3/s；k為滲透系數，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。根據達西定律，地下水位以上飽和均質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為i0的任一小區域的面積。

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，當邊界ef面足夠遠時，i沿徑向不再發生變化，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求出其滲流場，并對R值進行迭代計算，直至兩滲透系數差值較小。

3 應用舉例

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。將數值帶入（6）式解得：k∈（2.75×10-7，2.77×10-5），cm/s。

根據滲透系數范圍值進行選取試算，試算結果如表1所示。

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

由于室內試驗的局限性，其室內滲透系數一般比現場滲透試驗值小。此次計算滲透系數估算值較為合理，基本可以反映該區域土層滲透情況。

4 結論

（1）本文估算結果精度較高，能夠滿足工程使用要求。

（2）本文公式僅適用均質土層，對于非均勻土層很難求出估計滲透系數下滲出半徑R估，若能在現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。其結果為試驗段土層的平均滲透系數■

（專欄編輯：顧 梅）