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2023-06-27
试坑渗水试验是野外测定包气带非饱和岩(土)层渗透系数的简易方法。最常用的是试坑法、单环法和双环法,具体见表2-6。
表2-6 渗水试验方法
图2-17 黏性土中渗水土体浸润部分示意图
1.试验方法
1)试坑法
试坑法是在表层土中挖一试坑进行试验。坑深30~50cm,坑底面积30cm×30cm(或直径为37.75cm的圆形)。坑底离潜水位3~5m。坑底铺设2cm厚的砂砾石层。试验开始时,控制流量连续均衡,并保持坑中水层厚(Z)为常数值(10cm)。当注入水量达到稳定并延续2~4h,试验即可结束。
当试验岩层为粗砂、砂砾或卵石层,控制坑内水层厚度2~5cm时,且(Hk+Z+l)/l≈1,则K==v,可近似测定岩石的渗透系数K,Hk为毛细压力水头(m)。Hk值参阅表2-7。l为试验结束时水的渗入深度(m)。l值可在试验后开挖确定,或取样分析土中含水量确定,详见示意图2-17。
此法通常用于测定毛细压力影响不大的砂类土渗透系数,测定黏性土的渗透系数一般偏高。
表2-7 不同岩性毛细压力水头Hk表
注:表中给出的Hk值往往偏小。
2)单环法
单环法是在试坑底嵌入一高为20cm、直径为37.70cm的铁环,该铁环圈定的面积为1 000cm2。在试验开始时,用Mariotte瓶控制环内水柱,保持在10cm高度上。试验—直进行到渗入水量Q固定不变时为止,就可按式(2-16)计算此时的渗透速度v:
所得的渗透速度v即为该岩(土)层的渗透系数K。
此外,尚可通过系统地记录一定时间段(如30min)内的渗水量,求得各时间段内的平均渗透速度,据此编绘渗透速度历时曲线图。具体方法可参见图2-18。
渗透速度随时间延长而逐渐减小,并趋向于常数(呈水平线),此时的渗透速度即为所求的渗透系数K值。
3)双环法
双环法系在试坑底嵌入两个铁环,外环直径采用0.5m,内环直径采用0.25m。试验时往铁环内注水,用Mariotte瓶控制外环和内环的水柱都保持在同一高度(如10cm)。根据内环所取得的资料按上述方法确定岩(土)层的渗透系数。由于内环中水只产生垂向渗入,排除了侧向渗流带的误差,因此该法获得的成果精度比试坑法和单环法高。
2.根据渗水试验资料计算岩(土)层渗透系数
当渗水试验进行到渗入水量趋于稳定时,可按式(2-17)较好地计算渗透系数K(cm/min)
图2-18 渗水试验中渗透速度历时曲线图
(已考虑了毛细压力的附加影响):
式中 Q——稳定渗入水量,cm3/min;
F——试坑(内环)渗水面积,cm2;
Z——试坑(内环)中水层高度,cm;
Hk——毛细压力水头,cm;
l——试验结束时水的渗入深度,cm。
当渗水试验进行相当长时间后渗入水量仍未达到稳定时,K按变量公式(2-18)计算:
其中,
式中 V1,V2——经过t1和t2时间的总渗入量,即总给水量,m3;
t1,t2——累积时间,d;
F——试坑(内环)渗水面积,m2;
a1——代用系数,由试算法求出。
3.试坑渗水试验成果资料整理
(1)试坑平面位置图;
(2)水文地质剖面图与试验装置示意图;
(3)渗透速度历时曲线;
(4)渗透系数计算;
(5)原始记录表格等。
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