雙環(huán)法試驗是野外測定包氣帶非飽和松散巖層的滲透系數的常用的簡(jiǎn)易方法,試驗的結果更接近實(shí)際情況。利用這個(gè)試驗,主要為研究區域性水均衡、水庫、灌區、渠道滲漏量、山前地區地表水滲入量等進(jìn)行的。
2. 試驗的適用范圍對砂土和粉土,可采用試坑法或單環(huán)法;對粘性土應采用試坑雙環(huán)法。
3. 試驗的基本原理
在一定的水文地質(zhì)邊界以?xún)?,向地表松散巖層進(jìn)行注水,使滲入的水量達到穩定,即單位時(shí)間的滲入水量近似相等時(shí),再利用達西定律的原理求出滲透系數(K)值。
4. 試驗儀器及制樣工具
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、及若干要填在試環(huán)底部的小礫石。
5. 試驗步驟
(1) 確定試點(diǎn),開(kāi)挖試坑。確定試點(diǎn)有三個(gè)原則:
1) 代表性。試點(diǎn)處的包氣帶巖層要能代表試區相當大范圍內包氣帶巖層的情況;
2) 一致性。試點(diǎn)處包氣帶巖層的選擇應與大目標一致,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)行試驗。
3) 選擇試驗場(chǎng)地,zui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,測得的滲透系數不真實(shí),就不要使用滲水試驗。
試坑開(kāi)挖:
鏟去表土,露出目標層,試坑深度應大于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試驗的影響。
(2) ??壓入雙環(huán)、鋪礫、立標
將雙環(huán)同心壓入試坑底部中央,原則上壓入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,試驗中實(shí)際鋪礫3-4cm。
立標的目的在于,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)底鋪礫厚度在內的。
(3) 水頭注水、觀(guān)測記錄
以環(huán)底水標為準,保持標頭剛好淹在水中,內外環(huán)同時(shí)定水頭注水(隨時(shí)保持內外環(huán)的水柱都保持在10cm的同一高度。這樣即可認為,內外環(huán)之間滲入的水主要消耗在側向擴散上,內環(huán)滲入的水主要消耗在垂向滲透上,為準垂向一維滲流)。
同時(shí)從供水桶觀(guān)測注入水量。記錄的時(shí)間,開(kāi)始時(shí)因滲入量大,觀(guān)測間隔時(shí)間要短,稍后可按一定時(shí)間間隔比如每10分鐘觀(guān)測一次。
(4) 滲入速度穩定,完成試驗
試驗記錄的過(guò)程中,繪制出滲速時(shí)間v-t曲線(xiàn),當試驗時(shí)間(一般為30分鐘)曲線(xiàn)保持在一個(gè)不大的區間,再延續一段時(shí)間,如2-3h,即可結束試驗。
6. 試驗數據
(1)隨時(shí)保持內外環(huán)的水柱都保持在0.1m的同一高度。
(2)向供水瓶注水時(shí),做好水量轉換的換算
組
T(min)12251010Q(ml)300200100150450450
第二組
T(min)12251010Q(ml)250200120190400400
7. 試驗數據處理
(1)計算滲透系數
根據達西定律:?
式中 Q-穩定滲流量(m3/min);
A-雙環(huán)內徑面積(m2);
K-滲透系數(m/min);
I—水力梯度,滲透系數為1的滲透流速;
?
式中Z-試坑內水層厚度(m);
L-在試驗時(shí)間段內,水由試坑底向土層中滲透的深度(m);
?-水向干土中滲透時(shí),所產(chǎn)生的毛細壓力,以水柱高表示(m)。試驗地點(diǎn)土為粘性,其大小約為1;
時(shí)間min
滲透深度(cm)
水力梯度I
滲透系數m/mim150
3.200.0024530.001050.0006100.0004200.0004300.0004
(2)滲透速度隨時(shí)間變化的曲線(xiàn)?
8. 試驗成果分析及工程應用
由于經(jīng)濟成本低且簡(jiǎn)便易行,在包氣帶巖層參數的求取中,雙環(huán)滲水試驗具有重要的實(shí)用價(jià)值,但要慎重對待試驗數據采集和處理,在采集中盡量避免人為誤差,在處理中力求減小概化誤差。
由于基于垂向一維滲流,在公式法求滲透系數的過(guò)程中,側向滲透對求解結果的影響頗大。因此,在雙環(huán)試驗中保持內、外環(huán)水層高度一致很重要。
在入滲速度近似法求k中,約束條件為HS+0.5HC/Lw很小,要使此條件得到滿(mǎn)足,控制上試環(huán)水層厚度在10cm以下是必要的。
雙環(huán)滲水試驗對滲透系數較大的松散巖類(lèi)孔隙巖層的適用性較好,而對滲透系數較小的粘土、亞粘土巖層的適用性較差。單價(jià)1400元
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