双环渗透试验

1.   试验的目的及意义

西北岩土层试坑双环注水试验装置

西北岩土层试坑双环注水试验装置

双环法试验是野外测定包气带非饱和松散岩层的渗透系数的常用的简易方法，试验的结果更接近实际情况。利用这个试验，主要为研究区域性水均衡、水库、灌区、渠道渗漏量、山前地区地表水渗入量等进行的。

2.   试验的适用范围对砂土和粉土，可采用试坑法或单环法；对粘性土应采用试坑双环法。

3.   试验的基本原理

在一定的水文地质边界以内，向地表松散岩层进行注水，使渗入的水量达到稳定，即单位时间的渗入水量近似相等时，再利用达西定律的原理求出渗透系数（K）值。

4.   试验仪器及制样工具

渗水双环（两个高约50cm，直径分别为0.25m和0.5m的铁环）、两套带有刻度的供水桶、胶带、橡皮管,止水夹、铁锹、尺子、及若干要填在试环底部的小砾石。

5.   试验步骤

（1）    确定试点,开挖试坑。确定试点有三个原则：

1)   代表性。试点处的包气带岩层要能代表试区相当大范围内包气带岩层的情况；

2)   *性。试点处包气带岩层的选择应与大目标*，如本次实例是为了选择人工回灌点，所以选择包气带岩层渗透性能较好的部位进行试验。

3)   选择试验场地，zui好在潜水埋藏深度大于5m的地方为好。如果潜水埋深小于2m时，因渗透路径太短，测得的渗透系数不真实，就不要使用渗水试验。

试坑开挖：

铲去表土，露出目标层，试坑深度应大于0.8-1.2m，试坑面积1.3×1.0m左右，以消除包气带表层植被根系对试验的影响。

（2）    压入双环、铺砾、立标

将双环同心压入试坑底部中央，原则上压入0.8-1cm即可，实际中，将双环压入试层3-8cm。铺砾的目的是防止注水时将环底的沙层冲起，试验中实际铺砾3-4cm。

立标的目的在于，定水头注水时，控制环底水层厚度，一般控制在10cm，需要说明的一点是，此处所言的“水层厚度”是包括环底铺砾厚度在内的。

（3）    水头注水、观测记录

以环底水标为准，保持标头刚好淹在水中，内外环同时定水头注水（随时保持内外环的水柱都保持在10cm的同一高度。这样即可认为，内外环之间渗入的水主要消耗在侧向扩散上，内环渗入的水主要消耗在垂向渗透上，为准垂向一维渗流）。

同时从供水桶观测注入水量。记录的时间，开始时因渗入量大，观测间隔时间要短，稍后可按一定时间间隔比如每10分钟观测一次。

（4）    渗入速度稳定，完成试验

试验记录的过程中，绘制出渗速时间v-t曲线，当试验时间（一般为30分钟）曲线保持在一个不大的区间，再延续一段时间，如2-3h，即可结束试验。

6.   试验数据

（1）随时保持内外环的水柱都保持在0.1m的同一高度。

（2）向供水瓶注水时，做好水量转换的换算

*组

T(min)12251010Q(ml)300200100150450450

第二组

T(min)12251010Q(ml)250200120190400400

7.   试验数据处理

（1）计算渗透系数

根据达西定律：

式中 Q－稳定渗流量（m3/min）；

A－双环内径面积（m2）；

K－渗透系数（m/min）；

I—水力梯度，渗透系数为1的渗透流速；



式中Z－试坑内水层厚度（m）；

L－在试验时间段内，水由试坑底向土层中渗透的深度（m）；

－水向干土中渗透时，所产生的毛细压力，以水柱高表示（m）。试验地点土为粘性，其大小约为1；

时间min

渗透深度（cm）

水力梯度I

渗透系数m/mim150

3.200.0024530.001050.0006100.0004200.0004300.0004

（2）渗透速度随时间变化的曲线

8.   试验成果分析及工程应用

由于经济成本低且简便易行，在包气带岩层参数的求取中，双环渗水试验具有重要的实用价值，但要慎重对待试验数据采集和处理，在采集中尽量避免人为误差，在处理中力求减小概化误差。

由于基于垂向一维渗流，在公式法求渗透系数的过程中，侧向渗透对求解结果的影响颇大。因此，在双环试验中保持内、外环水层高度*很重要。

在入渗速度近似法求k中，约束条件为HS+0.5HC/Lw很小，要使此条件得到满足，控制上试环水层厚度在10cm以下是必要的。

双环渗水试验对渗透系数较大的松散岩类孔隙岩层的适用性较好，而对渗透系数较小的粘土、亚粘土岩层的适用性较差。