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)
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。
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。
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。
(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)