常州地区含水层渗透系数与特征粒径的相关性研究

夏继宗，奚赛英，尤 迪，郑付涛

（常州市规划设计院，江苏常州 213002）

0 前言

渗透系数是水文地质中评定土层渗透性的一个重要参数。在工程建设中，基坑降水、判定土体渗流稳定性等都需要准确的土层渗透系数。目前常用的测定土层渗透系数的方法，包括现场抽水试验、室内渗透试验等。国内外学者也总结出了大量经验关系式，可以通过土层特征粒径、孔隙比及孔隙率等参数得到土层渗透系数[1]，其中以采用土层特征粒径计算渗透系数的公式较为常见，也反映出颗粒级配与渗透系数的密切关系。

常州地区普遍存在的第⑤层承压水层，该含水层由厚度不均的粉土、粉砂层组成，部分区域也以粉土夹粉砂或粉砂夹粉土等形式出现。该含水层典型土层分布如图1所示。考虑其渗透性及可操作性，工程中常提供综合渗透系数评价该含水层的渗透性。由于各含水层透水性及厚度不同，综合渗透系数的取值也会有不同。室内试验受到土样边界条件限制，现场抽水试验深度与工程影响范围的不同，这都将造成渗透系数取值的局限性。而土层颗粒级配对渗透性有着直接的影响，分析含水层与颗粒级配之间的关系，将为渗透系数值的确定提供另一种方法。

1 土层特征粒径及渗透系数

图1 第⑤层含水层典型土层典型分布图

为确定含水层渗透系数与特征粒径之间的关系，收集常州地区第⑤层现场抽水试验得到的渗透系数K，抽水试验影响范围内土层特征粒径d10、d30及d60等参数。由于含水层各分层厚度不同，特征粒径也有区别，为综合反映土层的颗粒特征，将特征粒径按各土层厚度进行加权平均，得到含水层特征粒径的加权值。加权计算如公式（1）所示，得到土层相关参数如表1。

式中：dn—土层特征粒径加权值（mm）；

dni—各分层特征粒径平均值（mm）；

hi—各土层厚度值（m）。

表1 第⑤含水层渗透系数及特征粒径参数表

2 渗透系数与特征粒径关系式的建立

为分析渗透系数与特征粒径之间的关系，分别以d10、d30及d60为横坐标，以渗透系数为纵坐标建立散点图，如图2～图4所示。由图可见，土层渗透系数与d10相关关系不大，而与d30及d60呈现出二次式的关系。为进一步分析，采用回归分析的方法分别建立关系式。

剔除部分偏离较大的数据后分别对K-d30及K-d60的二次关系式进行回归分析，得到的关系式如下：

图2 d10-渗透系数关系

图3 d30-渗透系数关系

图4 d60-渗透系数关系

由式（2）和式（3），渗透系数K与d30及d60的相关系数分别达到了0.956和0.987，表现出了良好的相关性。利用式（2）及式（3）分别对渗透系数进行预测，并与实测值进行比较，得到的结果如表2及表3所示。

由表2及表3预测值与渗透系数实测值的对比分析，式（2）和式（3）残差范围分别为-1.58～1.31m/d和-0.88～0.85m/d，采用d60预测得到的土层渗透系数与实测值更为接近。

3 结论

土层渗透系数与颗粒组成关系密切。常州市第⑤层内各分层渗透性、颗粒组成、厚度均有差异，基于综合土层的渗透系数及特征粒径实测数据，通过对土层的特征粒径进行厚度等效处理，建立了渗透系数与特征粒径之间的关系式，相关性分析显示控制粒径d60与渗透系数K的相关性更高，预测值较为准确。

表2 d30-K关系式预测值对比

表3 d60-K关系式预测值分析

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