.word版雙環(huán)滲水試驗(yàn)作業(yè)指導(dǎo)地下水勘查工程部二〇一四年九月目錄一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵饬x1二、實(shí)驗(yàn)原理1三、實(shí)驗(yàn)儀器1四、實(shí)驗(yàn)步驟11、確定試點(diǎn),開(kāi)挖試坑。12、壓入雙環(huán)、鋪礫、立標(biāo)23、定水頭注水、觀(guān)測(cè)記錄24、滲入速度穩(wěn)定，完成試驗(yàn)25、精度要求3五、數(shù)據(jù)處理的方法31、垂向一維滲流原理32、包氣帶垂向滲透系數(shù)k的求法4六、數(shù)據(jù)處理分析6七、試坑滲水試驗(yàn)的成果資料包括以下內(nèi)容7八、總結(jié)7一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵饬x雙環(huán)法試驗(yàn)是野外測(cè)定包氣帶非飽和松散巖層的滲透系數(shù)的常用的簡(jiǎn)易方法，試驗(yàn)的結(jié)果更接近實(shí)際情況。利用這個(gè)試驗(yàn)，主要為研究區(qū)域性水均衡、水庫(kù)、灌區(qū)、渠道滲漏量、山前地區(qū)地表水滲入量等進(jìn)展的。二、實(shí)驗(yàn)原理在一定的水文地質(zhì)邊界以?xún)?nèi)，向地表松散巖層進(jìn)展注水，使?jié)B入的水量到達(dá)穩(wěn)定，即單位時(shí)間的滲入水量近似相等時(shí)，再利用達(dá)西定律的原理求出滲透系數(shù)〔K〕值。三、實(shí)驗(yàn)儀器滲水雙環(huán)〔兩個(gè)高約50cm，直徑分別為0.25m和0.5m的鐵環(huán)〕、兩套帶有刻度的供水桶、膠帶、橡皮管,止水夾、鐵鍬、尺子、及假設(shè)干要填在試環(huán)底部的小礫石。圖3-1雙環(huán)試驗(yàn)剖面示意圖照片3-1雙環(huán)試驗(yàn)野外示意圖四、實(shí)驗(yàn)步驟1、確定試點(diǎn),開(kāi)挖試坑。確定試點(diǎn)有三個(gè)原那么：eq\o\ac(○,1)是代表性。試點(diǎn)處的包氣帶巖層要能代表試區(qū)相當(dāng)大X圍內(nèi)包氣帶巖層的情況；eq\o\ac(○,2)是一致性，試點(diǎn)處包氣帶巖層的選擇應(yīng)與大目標(biāo)一致，如本次實(shí)例是為了選擇人工回灌點(diǎn)，所以選擇包氣帶巖層滲透性能較好的部位進(jìn)展試驗(yàn)。eq\o\ac(○,3)選擇試驗(yàn)場(chǎng)地，最好在潛水埋藏深度大于5m的地方為好。如果潛水埋深小于2m時(shí)，因滲透路徑太短，測(cè)得的滲透系數(shù)不真實(shí)，就不要使用滲水試驗(yàn)。試坑開(kāi)挖：鏟去表土，露出目標(biāo)層，試坑深度應(yīng)大于0.8-1.2m，試坑面積1.3×1.0m左右，以消除包氣帶表層植被根系對(duì)試驗(yàn)的影響2、壓入雙環(huán)、鋪礫、立標(biāo)將雙環(huán)同心壓入試坑底部中央，原那么上壓入0.8-1cm即可，實(shí)際中，將雙環(huán)壓入試層3-8cm。鋪礫的目的是防止注水時(shí)將環(huán)底的沙層沖起，試驗(yàn)中實(shí)際鋪礫3-4cm。立標(biāo)的目的在于，定水頭注水時(shí)，控制環(huán)底水層厚度，一般控制在10cm，需要說(shuō)明的一點(diǎn)是，此處所言的“水層厚度〞是包括環(huán)底鋪礫厚度在內(nèi)的。3、定水頭注水、觀(guān)測(cè)記錄以環(huán)底水標(biāo)為準(zhǔn)，保持標(biāo)頭剛好淹在水中，內(nèi)外環(huán)同時(shí)定水頭注水〔隨時(shí)保持內(nèi)外環(huán)的水柱都保持在10cm的同一高度。這樣即可認(rèn)為，內(nèi)外環(huán)之間滲入的水主要消耗在側(cè)向擴(kuò)散上，內(nèi)環(huán)滲入的水主要消耗在垂向滲透上，為準(zhǔn)垂向一維滲流〕。同時(shí)從供水桶觀(guān)測(cè)注入水量。記錄的時(shí)間，開(kāi)場(chǎng)時(shí)因滲入量大，觀(guān)測(cè)間隔時(shí)間要短，稍后可按一定時(shí)間間隔比方每10分鐘觀(guān)測(cè)一次。4、滲入速度穩(wěn)定，完成試驗(yàn)試驗(yàn)記錄的過(guò)程中，繪制出滲速時(shí)間v-t曲線(xiàn)，當(dāng)試驗(yàn)時(shí)間〔一般為30分鐘〕曲線(xiàn)保持在一個(gè)不大的區(qū)間，再延續(xù)一段時(shí)間，如2-3h，即可完畢試驗(yàn)。圖4-1滲流速度隨時(shí)間變化曲線(xiàn)圖5、精度要求eq\o\ac(○,1)流量觀(guān)測(cè)精度應(yīng)到達(dá)0.1Leq\o\ac(○,2)開(kāi)場(chǎng)的5次流量觀(guān)測(cè)間隔5min，以后每隔20min觀(guān)測(cè)一次。eq\o\ac(○,3)連續(xù)兩次觀(guān)測(cè)流量之差不大于5%，即可完畢試驗(yàn)，取最后一次注入流量作為計(jì)算值五、試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的方法圖5-1垂向一維滲流剖面示意圖1、垂向一維滲流原理雙環(huán)滲水試驗(yàn)主要是利用內(nèi)環(huán)滲水模擬垂向一維滲流來(lái)求取試層垂向滲透系數(shù)的。垂向一維滲流的簡(jiǎn)單模式如圖5所示。滲水下限稱(chēng)為濕潤(rùn)鋒面，對(duì)于2—a，濕潤(rùn)鋒面未到達(dá)地下水面，其以下的巖層仍是非飽和的，濕潤(rùn)鋒面以上的壓力水頭近似等于毛細(xì)上升高度Hc的二分之一；對(duì)于圖2—b，由于濕潤(rùn)鋒面已與地下水面交在一起，故其上不存在壓力水頭。如果保持環(huán)內(nèi)的水層厚度Hs為常數(shù)，根據(jù)達(dá)西定律，對(duì)應(yīng)于圖2—a和圖2—b的滲水內(nèi)環(huán)底部的垂向入滲速度(v)可分別用式[5-1]、[5-2]表示：v=kHv=kH式中：V—內(nèi)環(huán)底部的入滲速度。K—滲透系數(shù)。Hs—滲水環(huán)中的水層厚度。Hc—毛細(xì)上升高度，水向干土中滲透時(shí)，所產(chǎn)生的毛細(xì)壓力，以水柱高度表示。Lw—濕潤(rùn)帶深度，在試驗(yàn)時(shí)間段內(nèi)，水由試坑底向土層中滲透的深度。Lw值可在試驗(yàn)后用手搖鉆、XX鏟、鐵鍬獲取，測(cè)定其含水量變化得知。Hc按表5-1確定。如果當(dāng)試驗(yàn)層為粗砂或粗砂卵石層，而試坑中水層厚度為10cm時(shí)，Hc與Hs及Lw相比那么很小，水力梯度近似等于1，那么K=Q/A=V。假設(shè)試驗(yàn)層是粘性土類(lèi)，可按HC的實(shí)際數(shù)值代入公式計(jì)算得出水力梯度I值，再利用V=KI求得滲透系數(shù)〔K〕。表5-1不同巖性毛細(xì)壓力Hc表巖石名稱(chēng)Hc(m)巖石名稱(chēng)Hc〔m〕重亞粘土≈1.0細(xì)粒粘土質(zhì)砂0.3輕亞粘土0.8粉砂0.2重亞砂土0.6細(xì)砂0.1輕亞砂土0.4中砂0.052、包氣帶垂向滲透系數(shù)k的求法通常采用兩種方法，滲透速度近似法和公式法。eq\o\ac(○,1)入滲速度近似法當(dāng)滲水試驗(yàn)延續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，v值趨于穩(wěn)定，那么由[5-1]式可得：K≈v=式中：V—為滲水體積，A—為滲環(huán)橫截面積，t—為入滲時(shí)間eq\o\ac(○,2)公式法對(duì)圖5-1所示的垂向一維滲流，有下述微分方程：μdC=H式中：μ—給水度。Lw—t時(shí)(從注水開(kāi)場(chǎng)算起)濕鋒面的深度(從滲水環(huán)底面算起)。在滲水試驗(yàn)過(guò)程中，由于用調(diào)節(jié)注水量的方法來(lái)保持試坑內(nèi)水層厚度HS為定值，即C為定值。積分[5-5]式，結(jié)果得：Ktμ取兩次觀(guān)測(cè)時(shí)間ti和tj，相應(yīng)有ti、tj時(shí)刻濕潤(rùn)鋒面到達(dá)的深度、和ti、tj時(shí)刻注水體積Vi、Vj。如果令bi結(jié)果有bi又因?yàn)棣?μALw令aij=vLwi聯(lián)立[5-8]式、[5-11]式可得：bj將[5-12]式帶人[5-9]式，消去bj，最后得：1-t最后得滲透系數(shù)k的求解公式：k=μC由此看出，借助[5-14]式，只需確定滲水內(nèi)環(huán)的橫截面積A，時(shí)間ti及相應(yīng)的滲水體積Vi系數(shù)bi的值，即可求得滲透系數(shù)k值。六、數(shù)據(jù)處理分析雙環(huán)滲水試驗(yàn)簡(jiǎn)便易行，但無(wú)論借助公式法還是入滲速度近似法，所求得的滲透系數(shù)k均為一近似值，有時(shí)偏差還很大。近似法所求數(shù)值較公式法偏大的直接原因在于概化為1的系數(shù)HS+0.5HC+Lw/Lw實(shí)際上是大于1的。對(duì)數(shù)據(jù)處理結(jié)果偏差的原因探討可得。除了人為的隨機(jī)性因素以外，主要有以下三個(gè)。①包氣帶巖層實(shí)際滲透系數(shù)是非均質(zhì)的，例如，在剖面中存在一層很薄弱的透水或不透水巖層，就可能會(huì)使?jié)B入的水流產(chǎn)生比擬大的橫向擴(kuò)散。從而影響所獲得的滲透系數(shù)的準(zhǔn)確度。②由于雙環(huán)試驗(yàn)所用的滲水環(huán)橫截面積很小，側(cè)向滲透不能完全消除，而求解原理是建立在無(wú)側(cè)滲垂向一維滲流的根底上的，由此產(chǎn)生計(jì)算偏差是顯而易見(jiàn)的。③在非飽和巖層滲入的水中包裹空氣。滲透系數(shù)比完全飽和時(shí)要小。七、試坑滲水試驗(yàn)的成果資料包括以下內(nèi)容1〕試坑平面位置圖2〕水文地質(zhì)剖面圖與試驗(yàn)安裝示意圖3〕滲透速度歷時(shí)曲線(xiàn)圖4〕滲透系數(shù)的計(jì)算5〕原始記錄表格等八、總結(jié)由于經(jīng)濟(jì)本錢(qián)低且簡(jiǎn)便易行，在包氣帶巖層參數(shù)的求取中，雙環(huán)滲水試驗(yàn)具有重要的實(shí)用價(jià)值，但要慎重對(duì)待試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集和處理，在采集中盡量防