土的原位注水法渗透试验两种渗透系数计算公式差异研究

张书林（安徽跃通建设工程有限责任公司　蚌埠　233000）

土的原位注水法渗透试验两种渗透系数计算公式差异研究

张书林
（安徽跃通建设工程有限责任公司蚌埠233000）

本文对《土工试验规程》中土的原位注水法渗透试验两种渗透系数公式差异进行研究，得出试验时随着水在土层中的入渗深度的增大渗透系数的近似值计算公式计算值逐渐接近较精确值计算公式计算值，当入渗深度足够大时两公式计算结果趋于相同；不同透水性的土层中两公式计算值趋于相同的快慢程度不同，在透水性良好的土层（如粗砂层）中比透水性不良的土层（如粘土层）中趋于相同的程度快。

原位注水法渗透试验渗透系数计算公式

1　引言

水利工程以及有防渗要求的建筑、公路等工程对防渗质量都有要求，往往在施工前设定工程实体应达到的抗渗标准，实体的渗透系数指标是常设的一项重要指标，施工后通过测试工程实体的渗透系数来了解工程的抗渗情况和达标情况。为此测定工程实体的渗透系数是一项重要内容。在《土工试验规程》中已规定了渗透系数的测定方法，测定方法分室内和原位两种，其中原位渗透试验给了两种计算公式，但没有给出两种公式的具体适用条件。本文就原位注水法渗透试验中两种渗透系数计算公式差异进行研究，通过研究提出两种公式的适用条件，便于计算时合理选用。

2　原位注水法两种渗透系数公式

2.1近似值计算公式

2.2较精确值计算公式

式中：kT—渗透系数，cm/s；

Q—渗透流量，cm3/s；

A—内环面积（≈400cm2）；

H1—试验时水的入渗深度，cm；

H2—贮水坑中水的深度，cm；

H3—相当于作用毛细管力的水柱高度（cm），根据不同土质可按表1查取。

3　分析研究

观察（1）式与（2）式，发现两式的区别仅在（2）式比（1）式多出一部分，该部分为。两公式的差异研究只需研究多出的部分即可。为便于研究，令式中H1随试验时间因素而变，故称其为变量，令x=H1，式中H2、H3分别对应于试验时具体的贮水坑贮水深度、具体的土质决定的水柱高度，称其为固定量，令C=H2+H3，则上式变为：

分析（3）式可以得到：变量x→+∞时函数值y取得极限1，这时（1）式与（2）式形式完全相同，也就是当水的入渗深度无限大时用两公式计算的渗透系数相同。但这种情况在实际试验中是不常出现的，一般情况试验中用两公式计算的渗透系数总是存在差异的。如试验选用（2）式计算渗透系数，可以得到较为精确的结果，但计算时需要知道H1、H2及H3三个参数，这三个参数的取得需要耗用较多的工作量。如试验选用（1）式计算渗透系数就不考虑前述三个参数，计算简便，但选用①式计算精确性差，只能计算出近似值，该值与（2）式计算值之间偏差随水的入渗深度增大而减小。只有当水的入渗深度足够大时计算偏差才会很小，在这种情况下，可用近似公式替代较精确计算公式计算渗透系数。为了解两公式计算值偏差大小，以下分不同的土层和不同的水的入渗深度对公式中Y值进行计算分析，通过对Y值的分析得出近似值计算公式计算值与精确值计算公式计算值偏差变化规律，为试验时计算渗透系数选用公式提供依据。

依据试验时贮水坑深度H2（假定为渗透仪内环高度20cm）及表1中不同土质对应的相当于作用于毛细管力的水柱高度H3确定C（C=H2+H3）的大小，再按不同的水的入渗深度x（H1）及不同土层计算y值，计算结果见表2。

表1　　相当于作用于毛细管力的水柱高度表

表2　　水的不同入渗深度时y值计算结果表

从表2看，随着水的入渗深度的增加y值逐渐接近1，在透水性不同的土层中接近1的快慢程度不同，透水性良好的土层（如粗砂层）中接近较快，在透水性不良的土层（如粉质粘土层）中接近程度较慢。在相同的水的入渗深度下，在透水性良好的土层中Y值接近1的程度比在透水性不良的土层中大。

4　结论

通过对土的原位注水法渗透试验两种渗透系数公式差异研究，得到如下结论：

（1）试验用较精确值计算公式计算渗透系数一般都能得到较精确结果，但计算时须准确测定水的入渗深度等参数，因此工作量比近似值计算公式大。

（2）试验用近似值计算公式计算渗透系数简便，但计算时会产生误差，误差随水的入渗深度增大而减小。

（3）试验用近似值计算公式计算的渗透系数随着水的入渗深度的增大，逐渐接近用较精确值公式计算的渗透系数，当入渗深度趋于无穷大时两公式计算结果相同。因此，在选用近似值公式计算渗透系数时可根据水的入渗深度大小确定其适用条件。

（4）在相同的水的入渗深度下，在不同的土层中试验用近似值计算公式计算的渗透系数接近用较精确值计算公式计算的渗透系数的程度不同，在透水性良好的土层（如粗砂层）中接近程度较快，在透水性不良的土层（如粉质粘土层）中接近程度较慢，因此在采用近似值公式计算渗透系数时可根据土层渗透性良好与否确定其适用条件■