双环渗水试验

1、双环渗水试脸技术培训 1 双环渗水试验作业指导 地下水勘查项目部 二。一四年九月 双环洛水试验技术培训 一、实验目的和意义 . 1 二、 实验原理 . 1 三、 实验仪器 . 1 四、 实验步骤 . 1 1、 确定试点，开挖试坑。 . 1 2、 压入双环、铺砾、立标 . 2 3、 定水头注水、观测记录 . 2 4、 渗入速度稳定，完成试验 . 2 5、精度要求 3 五、 数据处理的方法 . 3 1、 垂向一维渗流原理 . 3 2、 包气带垂向渗透系数K的求法 . 4 七、 试坑渗水试验的成果资料包括以下内容 . 7 八、 总结 . 7双环洛水试验技术培训 1 一、 实验目的和意义 双环法试验是

2、野外测定包气带非饱和松散岩层的渗透系数的常 用的简易方法，试验的结果更接近实际情况。利用这个试验，主要为 研究区域性水均衡、水库、灌区、渠道渗漏量、山前地区地表水渗入 量等进行的。 二、 实验原理 在一定的水文地质边界以内，向地表松散岩层进行注水，使渗入 的水量达到稳定，即单位时间的渗入水量近似相等时，再利用达西定 律的原理求出渗透系数（K）值。 三、 实验仪器 渗水双环（两个高约50cm,直径分别为0.25m和0.5m的铁环）、 两套带有刻度的供水桶、胶带、橡皮管，止水夹、铁锹、尺子、及若 干要填在试环底部的小砾石。 图3-1双环试验剖面示意图 照片3-1双环试验野外示意图 四、实验步骤 1

3、、确定试点，开挖试坑. 确定试点有三个原则： 是代表性。试点处的包气带岩层要能代表试区相当大范围内 包气带岩层的情况；是一致性，试点处包气带岩层的选择应与大 双环渗水试验技术培训 目标一致，如本次实例是为了选择人工回灌点，所以选择包气带岩层 渗透性能较好的部位进行试验。选择试验场地，最好在潜水埋藏 深度大于5m的地方为好。如果潜水埋深小于2m时，因渗透路径太 短，测得的渗透系数不真实，就不要使用渗水试验。 试坑开挖： 铲去表土，露出目标层，试坑深度应大于0.8-1.2m,试坑面积1.3 xl.Om左右，以消除包气带表层植被根系对试验的影响 2、 压入双环、铺砾、立标 将双环同心压入试坑底部中央

4、，原则上压入0.8-lcm即可，实际 中，将双环压入试层3-8cmo铺砾的目的是防止注水时将环底的沙层 冲起，试验中实际铺砾3-4cm立标的目的在于，定水头注水时，控 制环底水层厚度，一般控制在1 Ocm,需要说明的一点是，此处所言 的“水层厚度”是包括环底铺砾厚度在为的。 3、 定水头注水、观测记录 以环底水标为准，保持标头刚好淹在水中，内外环同时定水头注 水（随时保持内外环的水柱都保持在10cm的同一高度。这样即可认 为，内外环之间渗入的水主要消耗在侧向扩散上，内环渗入的水主要 消耗在垂向渗透上，为准垂向一维渗流）。同时从供水桶观测注入水 量。记录的时间，开始时因渗入量大，观测间隔时间要短

5、，稍后可按 一定时间间隔比如每10分钟观测一次。 4、 渗入速度稳定，完成试验 试验记录的过程中，绘制出渗速时间v t曲线，当试验时间（一 般为30分钟） 曲线保持在一个不大的区间，再延续一段时间，如2.3h, 即可结束试验。双环渗水试验技术培训 3 5、精度要求 流量观测精度应达到O.1L 开始的5次流量观测间隔5min,以后每隔20min观测一次。 连续两次观测流量之差不大于5%,即可结束试验，取最后一 次注入流量作为计算值 五、试验数据处理的方法 图5垂向一纸渗流剖面示意图 1、垂向一维渗流原理 双环渗水试验主要是利用内环渗水模拟垂向一维渗流来求取试 层垂向渗透系数的。垂向一维渗流的简单

6、模式如图5所示。渗水下限 称为湿润锋面，对于2a,湿润锋面未达到地下水面，其以下的岩层 仍是非饱和的，湿润锋面以上的压力水头近似等于毛细上升高度He 的二分之一；对于图2b,由于湿润锋面已与地下水面交在一起，故 其上不存在压力水头。如果保持环内的水层厚度Hs为常数，根据达西 定律，对应于图2a和图2b的渗水内环底部的垂向入渗速度(v)可分 别用式5.1、5-2表示： v=k(HS+.5HC+LW) 5T Lw 0 0.005 0闹 5 10 15 20 25 30 10 50 63 70 80 90 110 130时间/折 图4.1渗流速度随时间变化曲线| 渗流速度随时间变化亡 试水面 V I

7、 I 饱水带 询水带 2-b 2a 地下水面 湿闾锋面 水面 双环渗水试脸技术培训 4 v=k 也土 5-2 式中： V一内环底部的入渗速度。 K一渗透系数。 电一渗水环中的水层厚度。 He毛细上升高度，水向干土中渗透时，所产生的毛细压力，以 水柱高度表示。 Lw湿润带深度，在试验时间段内，水由试坑底向土层中渗透的 深度。 Lw值可在试验后用手摇钻、洛阳铲、铁锹获取，测定其含水量变 化得知。He按表5-1确定。如果当试验层为粗砂或粗砂卵石层，而试 坑中水层厚度为10cm时，He与H.及Lw相比则很小，水力梯度近似 等于 1,则 K=Q/A=VO 若试验层是粘性土类，可按成的实际数值代入公式计算

8、得出水 力梯度I值，再利用V=KI求得渗透系数(K)。 表5-1不同岩性毛细压力He表 岩石名称 He (m) 岩石名称 He (m) 重亚粘土 0 细粒粘土质砂 0.3 轻亚粘土 0.8 粉砂 0.2 重亚砂土 0.6 细砂 0. 1 轻亚砂土 0.4 中砂 0. 05 2、包气带垂向渗透系数k的求法 通常采用两种方法，渗透速度近似法和公式法。 入渗速度近似法 当渗水试验延续时间较长，V值趋亍稳定，则由5-1式可得： SV 5-3 v = 5-4 At 式中： 双环渗水试验技术培训 5 V一为渗水体积， A一为渗环横截面积， t为入渗时间 公式法 对图5.1所示的垂向一维渗流，有下述微分方程

9、： M dL = kcu 5-5 dt Lw C = Hs +c 5-6 式中： 一给水度。 Lwt时(从注水开始算起)湿锋面的深度(从渗水环底面算起)。 在渗水试验过程中，由于用调节注水量的办法来保持试坑内水层 厚度禺为定值，即C为定值。积分5-5式，结果得： m = ct h】(l + m 5-7 取两次观测时间ti和tj,相应有tj、tj时刻湿润锋面到达的深度、 和ti、tj时刻注水体积Vi、Vjo 如果令 炫=些 5-8 1 C 结果有 bj - ln(l + b。= (bj - ln(l + b) 5-9又因为 V = pALy 口 =号=白 5-10 M fl rt Jvj 令a”

10、 =兰,则由式可得: J Vj Lwi *w） Lyyj 511双环渗水试验技术培训 6 联立5-8式、5-11式可得： 场=也=丛=如 5-12 J C Caij aq 将5-12式带人5-9式，消去bj,最后得： （1 一看）也=（1+ 九）河1（1 + 务） 5-13 最后得渗透系数k的求解公式： k =呻- ln（l + bj = * 也ln（l + 0） 5-14 ti Atjbj 由此看出，借助5-14式，只需确定渗水内环的横截面积A,时 间&及相应的渗水体积M系数b.的值，即可求得渗透系数k值。 六、数据处理分析 双环渗水试验简便易行，但无论借助公式法还是入渗速度近似法,

11、 所求得的渗透系数k均为一近似值，有时偏差还很大。近似法所求数 值较公式法偏大的直接原因在于概化为1的系数Hs+0.5Hc+Lw/Lw实际 上是大于1的。 对数据处理结果偏差的原因探讨可得。除了人为的随机性因素以 外，主要有以下三个。包气带岩层实际渗透系数是非均质的，例如， 在剖面中存在一层很薄弱的透水或不透水岩层，就可能会使渗入的水 流产生比较大的横向扩散。从而影响所获得的渗透系数的精确度。 由于双环试验所用的渗水环横截面积很小，侧向渗透不能完全消除， 而求解原理是建立在无侧渗垂向一维渗流的基础上的，由此产生计算 偏差是显而易见的。 在非饱和岩层渗入的水中包裹空气。渗透系 数比完全饱和时要小。 七、 试坑渗水试验的成果资料包括以下内容 1） 试坑平面位置图 2） 水文地质剖面图与试验安装示意图 3） 渗透速度历时曲线图 4） 渗透系数的计算 5） 原始记录表格等 双环洛水试验技术培训 7 八、 总结 由于经济成本低且简便易行，在包气带岩层参数的求取中，双环 渗水试验具有重要的实用价值，但要慎重对待试验数据采集和处理, 在采集中尽量避免人为误差，在处理中力求减小概化误差。由