均质土坝坝体渗透系数测试方法

土木工程中的渗透系数测定方法土木工程中的渗透系数测定方法是评估土壤和岩石渗透性的重要手段。

它对于土木工程项目的设计和施工具有重要意义。

准确测定渗透系数可以帮助工程师评估土壤或岩石的渗透性能，以选择合适的建筑材料和采取适当的工程措施，确保工程的稳定和安全性。

一、定负压渗透试验法定负压渗透试验法是一种常用的渗透系数测定方法。

它通过建立负压梯度，测量土壤或岩石中的水渗透速率。

在实验中，首先需要将试验材料制成柱状或土壤墙样品，并保持边界的密封。

接着，在样品上施加一定的负压，测量水渗透过程中的流量并记录时间。

通过对流量和时间的关系进行分析，可以计算出渗透系数。

定负压渗透试验法的优点是操作简单、可控性强，适用于不同类型的土壤和岩石。

二、土柱法土柱法是另一种常用的渗透系数测定方法。

它通过制备土柱样品，浸水并测量土壤中的水渗透速率。

在实验过程中，首先需要选择一定的土壤样品，并保持其湿润，以避免水分蒸发。

接着，在柱状样品的底部设置渗流出口，并将其放置在一个恒定水位的水槽中。

然后观察进水与出水之间的水位差，测量出水的流量和时间。

通过对流量、时间和水位差的关系进行分析，可以计算出土壤的渗透系数。

土柱法适用于渗透系数较小的细颗粒土壤。

三、试井法试井法是一种间接测定渗透系数的方法。

它通过在井孔中进行渗流试验，测量水位变化来推断土壤或岩石的渗透系数。

在试井法中，首先需要选择一个合适的井孔，并在井孔内设置流量计和水位计等仪器。

接着，注入一定数量的水，并观察水位的变化。

通过对水位和时间的变化进行分析，可以间接计算出渗透系数。

试井法适用于渗透系数较大的岩石和土壤。

四、强夯法强夯法是一种特殊的渗透系数测定方法。

它通过制造冲击波，使水分浸透到土壤中，从而估算出土壤的渗透系数。

在强夯法中，首先需要使用特殊的设备进行夯击，使土壤中的颗粒重新排列。

接着，注入一定数量的水分，并观察水分在土壤中的渗透情况。

通过对夯击和渗透过程的观察和分析，可以估算出土壤的渗透系数。

均质土坝坝体渗透系数测试方法（任云峰孙瑞民）时间： 2012-01-31 10:48:14 来源：华北水利水电学院学报放大缩小打印摘要: 均质土坝坝体分层碾压，使坝体土层具有各向异性，坝体渗透系数kh，kv 值相差较大．通过对室内试验和现场原位试验渗透系数测试方法的分析与讨论，认为现行规程、规范推荐的测试方法对均质土坝坝体渗透性测试存在较大误差，不适应于大坝二维、三维渗流分析要求，提出了联合测试渗透系数法，并给出了计算公式．关键词:渗透系数; 注水试验; 均质土坝; 各向异性Measuring Method for Permeability of Homogeneous Earth-filled DamREN Yun-feng1，SUN Rui-min2Abstract: Homogeneous earth-filled dam rolled by the bedded-earth method，its earth layer has anisotropy，the difference between the permeability kh and kv is big．Through analyzing of permeability measuring method from indoor and field in situ test，the results were gained that the measuring methods for permeability from appliable codes and standards exist bigger error，and don’t suit for analyzing 2D and 3D permeability of dams．The joint test method was put forward，and the formulas were given．Key words: permeability; water injection test; homogeneous earth-filled dam; anisotropy均质土坝坝体分层碾压，使坝体土层具有各向异性，不同的碾压方法使坝体土层的kh /kv = 2 ～ 30，有时更大［1］．近年来，计算机和有限元等数值分析方法的发展，已开发出不少二维、三维渗流计算程序，大坝渗透计算更方便、快捷，也对渗透系数测试提出了更高要求．测试方法选取的正确与否，直接关系渗透系数的精度和工程设计的安全与投资．现有的渗透系数测试方法主要有2 类: 室内试验和现场原位试验．现场试验又分为试坑注水和钻孔注水2 类．室内试验方法具有方便、快捷、工作量小、试验条件好、可直接测得土样的渗透系数kh，kv等优点，但土样尺寸小，易扰动，代表性差．现场试验中的钻孔注水试验具有适应性强、代表性好、但劳动强度大，只能测得土层平均渗透系数k．有关不同岩土类、岩土样采取与制备、体积含水率、基质吸力、围压、高水头、尺度效应等对渗透系数影响方面的研究较多，但对于均质各向异性土层渗透系数的准确测试方法研究较少．韦港，闫宇［2］对注水试验方法进行了研究，认为该方法不适合均质土坝坝体渗透性测试．吴世余，李宏［3］研究了均质各向异性土层中轴对称渗流问题，并推导出了渗流量计算公式．笔者通过对室内试验和现场钻孔注水试验2 种方法的分析，认为采用2 种方法联合测试均质土坝坝体渗透系数kh，kv，可行又准确，对均质土坝的除险加固既具有理论价值又具有社会效益．1 试验方法室内试验方法按照文献［4］的规定，对粘性土试样进行变水头渗透试验，根据公式(1) 求得土样渗透系数式中: a 为变水头管截面积; l 为渗径; h1为开始时水头; h2为终止时水头; A 为试样断面面积; t 为时间．文献［5］第5．1．1 条规定常水头注水试验适用于渗透系数比较大的壤土、粉土、砂土和砂卵石层，第6．1．1 条规定降水头注水试验适用于地下水位以下粉土、粘性土层或渗透系数较小的岩层．而在条文说明中阐述为: 对于渗透系数比较小的岩土层，采用常水头注水试验时间较长，采用降水头注水试验可以缩短试验时间．因此，若时间允许，也可采用常水头注水试验测试渗透系数较小的岩土层．若试段位于地下水位以下，钻孔套管下至孔底，当采取孔底进水方式时，形状系数A =5. 5r，则渗透系数若试段位于地下水位以上，且50＜H/r＜200，H≤l，孔内不下套管或部分下套管，试验段裸露或下花管，当采取孔壁和孔底同时进水时，形状系数A =，其中，l /r＞8; m =，则渗透系数式中: Q 为注入流量; H 为试验水头; A 为形状系数;r 为钻孔内半径; l 为试段长度．2 渗透系数代表值文献［4］规定，按切土样的方向可直接测定土样的渗透系数kh，kv ．根据文献［5］附录B 中规定，当现场钻孔注水试验符合半无限空间体的边界条件，注水试验采取孔底进水时，公式中形状系数未考虑渗透性的各向异性，按公式(2) 计算所得即为平均渗透系数k; 注水试验采取孔壁和孔底进水时，公式中形状系数考虑了渗透性各向异性，按公式(2) 计算所得为kh，但形状系数A 中包含了未知参数kv ．文献［5］条文说明第5．3．3 条阐述，《水利水电工程地质》和《工程地质手册》都推荐纳斯别尔格公式计算干燥岩土层的渗透系数，条件是试验段高出地下水位较多，介质均匀，且50 ＜ H/r ＜ 200，孔中水柱高度h≤l 时，可按公式(3) 计算［3］．由此可见，该式适合于均质各向同性土层，对各向异性土层所得渗透系数为平均渗透系数k．3 均质各向异性土层渗透系数计算公式对于均质各向同性的土层，轴对称渗流问题的流量方程为式中: Q 为流量; k 为渗透系数; H 为水头差; A 为形状系数，它是径向边界尺度R 和轴向边界尺度L 的函数．均质各向异性土层的轴对称稳定流的Laplace方程为式中: h 为水头; r 为径向座标; z 为轴向坐标．吴世余等［3］采用缩放渗流场比尺方法，推导出了均质各向异性土层中渗流量公式，根据这一方法，笔者求得不同边界条件下均质各向异性土层钻孔常水头注水试验渗透系数的计算公式．a．钻孔孔底注水试验时，由公式(4) 和(5) 推导出各向异性土层的渗流公式b．钻孔孔壁和孔底注水时，由公式(4) 和(5) 推导出各向异性土层的渗流公式c．远高于地下水位的半空间土层内钻孔孔壁和孔底注水时，注水试验图如图1 所示，由公式(5) 和纳斯别尔格公式推导出各向异性土层的渗流公式图1 远高于地下水位的钻孔注水试验4 渗透系数联合测试方法笔者采用室内试验和现场钻孔常水头注水试验2 种方法联合求取均质土坝坝体渗透系数kh，kv，根据注水试验条件分别讨论如下:a．坝体地下水位以上土层渗透系数kh，kv采用钻孔内取土样进行kv的室内试验测得，同时采用现场钻孔常水头孔壁和孔底注水试验对坝体土层分段测试，利用公式(8) 求得各段土层kh值．b．坝体地下水位以下土层渗透系数kh，kv采用钻孔内取土样进行kv的室内试验测试，同时采用现场钻孔常水头孔壁和孔底注水试验对坝体土层分段测试，利用公式(7) 求得各段土层kh值．c．坝体地下水位以下土层渗透系数kh，kv也可采用钻孔内常水头孔底注水试验，钻孔内常水头孔壁和孔底注水试验2 种方法对钻孔内土层分段进行测试，利用公式(6) 和(7) 联合求得各段土层kh，kv值．5 工程实例某一均质土坝，坝顶宽38 m，坝高20 m，坝体填土以中粉质壤土为主，少量重粉质壤土，地下水位埋深15. 2 m．沿坝轴线布置注水试验孔3 个，采取常水头孔壁和孔底注水试验和室内渗透试验联合法测坝体填土渗透系数．坝体每米取1 次原状土样进行室内渗透试验，钻孔注水试验段均不大于5 m，其中，L = H，r = 5. 5 cm．根据室内试验测得各土样kv值，求出各段土样kv加权平均值为该段kv值，把kv值代入公式(6) 和(7) 采用试算法分别计算出地下水位以下和以上各段土层的kh值．笔者以钻孔ZK5求取渗透系数kh，kv为例，试验结果见表1．表1 某均质土坝坝体渗透系数6 结语a．均质土坝坝体属均质各向异性土层，采用适用于均质各向同性土层的纳斯别尔格公式求取平均渗透系数已不适应大坝二维、三维精确渗流分析．b．均质坝体土层渗透系数kh，kv值可采用室内渗透试验和现场钻孔常水头注水试验2 种方法联合求得．c．地下水位以上土层渗透系数测试宜取L = H，满足全段无压流的边界条件．公式(8) 适用于远高于地下水位的土层，临近地下水位土层采用该公式的误差有待进一步研究．参考文献［1］水利部水利水电规划设计总院．SL 274-2001 碾压式土石坝设计规范［S］．北京: 中国水利水电出版社， 2001．［2］韦港，闫宇．关于注水试验不适合均质土坝坝体渗透性测试的讨论［J］．水利水电科技进展，2009，29 (4) : 18－ 20．［3］吴世余，李宏．均质各向异性土层中轴对称渗流问题的分析［J］．岩土工程学报， 2008， 30(4) : 581 － 583．［4］南京水利科学研究院．SL 237-1999 土工试验规程［S］．北京: 中国水利水电出版社， 1999．［5］水利部水利水电规划设计总院．SL 345-2007 水利水电工程注水试验规程［S］．北京: 中国水利水电出版社， 2007．作者简介:任云峰( 1972-) ，男，河南郑州人，工程师，硕士，主要从事工程地质与水文地质方面的研究．。

渗透系数试验方法渗透系数可是个很有趣的概念呢，它在好多工程和地质研究里都超级重要。

那这个渗透系数的试验方法都有啥呢？一种常见的方法是常水头试验法。

想象一下，有个装满土样的管子，就像个小管道一样。

水从一端源源不断地以固定的水头流进去，然后从另一端流出来。

这个时候呢，我们就可以通过测量流入和流出的水量，还有土样的横截面积、长度这些数据，来算出渗透系数啦。

就像是在观察一群小水滴在土样这个小世界里的旅行速度，是不是很有趣呢？还有变水头试验法呢。

这个和常水头就有点不一样啦。

在这个试验里，水头是会变化的哦。

就好比小水滴的旅程中，推动它们前进的力量不是一直不变的。

我们通过观察水头随时间的变化情况，再结合土样的一些参数，也能算出渗透系数。

这就像是在破解一个小水滴的神秘旅程密码一样。

对于现场原位测试的话，有抽水试验。

在实际的地下环境里，就像在大地这个超级大的场地里做实验。

通过抽水，观察水位的下降情况，再考虑到抽水的流量、含水层的厚度等因素，就能得到渗透系数。

这就像是在和大地玩一个探索游戏，从大地妈妈那里获取小秘密。

另外，还有注水试验。

往地下注水，看水在地下的扩散情况，然后根据注入的水量、压力、时间等各种信息，算出渗透系数。

感觉就像是给大地送个小礼物（水），然后看大地怎么对待这个礼物，从而了解它的渗透特性。

这些试验方法各有各的特点，常水头试验法比较适合渗透性比较大的土样，就像那些比较疏松、容易让水通过的土。

变水头试验法呢，对于渗透性小一些的土样就更合适啦。

而现场原位测试呢，能更真实地反映实际地下的情况，不过操作起来可能会复杂一些。

不管哪种方法，都是为了更好地了解土或者岩石的渗透特性，就像我们去了解一个新朋友的脾气一样，这样在工程建设或者地质研究的时候，就能更好地应对啦。

水利堤坝工程中渗透参数的选取及渗流计算方法评价水利堤坝工程中渗透参数的选取及渗流计算方法评价摘要：渗流是引起涉水工程破坏的重要原因，因此渗流计算是水利水电工程涉水工程设计中不可或缺的步骤。

渗透参数的选取与渗流方法的选择，直接影响对工程渗流稳定性的评价。

本文结合笔者多年工作经验，就水利水电工程设计中渗透参数的选取与渗流计算的几种方法进行了初步的分析，并总结出渗流计算注意的一些问题，提高了计算结果准确性，对进一步采取防渗措施提供参考。

关键词：水利工程渗流计算堤坝设计引言堤防工程的设计与施工准则要求保证堤防建筑物能抵御洪水的威胁。

由于堤防大多沿天然河岸修建，因此，堤防基础的渗透稳定问题普遍存在。

本文主要针对堤防渗流参数的选用并对渗流计算方法进行了评价。

1、渗流计算目的（1）坝体（堤身）浸润线的位置。

（2）渗透压力、水力坡降和流速。

（3）通过坝体（堤身）或堤基的渗流量。

（4）坝体（堤身）整体和局部渗流稳定性分析。

2、计算工况及渗透系数的选用岩土工程参数的选用需要根据满足给定保证率时，通过实验方法选用。

不同工况需要选用不同的参数，否则就无法满足工程设计所需要的保证率。

2.1常规堤防工程常规的堤防工程计算提出了三种水位组合，此三种水位组合的渗流计算目的及相应土体的渗透系数选取原则主要为：（1）临水侧为高水位，背水坡为相应水位。

本组合的计算目的：①计算背水坡可能最高的逸出点位置、背水坡逸出段及背水坡基础表面出逸比降，用于背水坡渗流安全复核、反滤层及排水设施设计；②背水坡面可能最高的浸润线，用于背水边坡稳定计算；③当堤身、堤基土的渗透系数大于10-3cm∕s时，计算渗流量，用于分析防渗措施对本工程运行要求的可行性和背水坡排水设施设计（对于大坝均要求进行渗流量计算）。

对上述第①、②种计算目的工况，堤身、堤基的渗透系数则取小值平均值，对第③种计算目的工况则取大值平均值。

（2）临水侧为高水位，背水坡为低水位或无水。

本组合的计算目的：①背水坡面可能最高的浸润线，用于背水坡边坡稳定计算，相应各土体的渗透系数取小值平均值；②复核局部渗流稳定及进行反滤层设计，则进行局部渗流稳定性复核土体的渗透系数取小值，其上、下部位土体的渗透系数取大值平均值。

土壤渗透系数的测定1 测定意义当土层被水分饱和后，土壤中的水分受重力影响而向下移动的现象称为渗透性。

土壤渗透性是土壤重要的特性之一，它与大气降水和灌溉水几乎完全进入土壤，并在其中贮存起来，而在渗透性不好的情况下，水分就沿土表流走，造成侵蚀。

土壤渗透性与土壤质地、结构、盐分含量、含水量以及湿度等有关。

2 测定原理在饱和水分土壤中，渗透性按照达西公式计算如下：V=K ·I （厘米/秒）L hI =式中：V ——渗透速度，每秒钟通过1平方厘米土壤断面的水的流量，以立方厘米表示；I ——水压梯度，即渗透层中单位距离内的水压降；K ——渗透系数，在单位水压梯度（I=1）下，单位时间内通过单位截面积的流量（毫升/分或小时）；h ——土柱上水头差（厘米）即静水压力；L ——发生水分渗透作用的土层的厚度（厘米）即渗透路程。

在时间t 内渗透过一定截面积A （平方厘米）的水量Q ，可以用下列的方程式来表示：Q=V ·A ·t=K ·I ·A ·t因此渗透系数 K=I t A Q⋅⋅（毫升/厘米2/分或小时）土壤渗透性的测定有室外法（渗透筒法）及室内法（环刀法）。

3 测定方法3.1室外测定3.1.1 仪器设备①渗透筒：铁制圆柱形筒，横截面积为1000平方厘米（内径358毫米），高350毫米。

②量筒500ml和1000ml各一个。

③小铁筒：打水用。

④温度计：0—50℃⑤秒表或一般钟表⑥木制厘米尺、小刀、斧头等。

3.1.2 测定步骤3.1.2.1、在选择具有代表性的地段上，布置一块约1平方米的圆形（直径113cm）试验地块，将其周围筑以土埂。

土埂高约30 cm，顶宽20 cm，并捣实之。

渗透筒置于中央，应用小刀按筒的圆周向外挖宽2—3cm，深15—20cm小沟，使筒深深嵌入土中。

插好后，把取出的土壤重新填入隙缝并予捣实，防止沿壁渗漏损失。

筒内部为试验区，外部为保护区。

防渗堰设计中的土体渗透性实验方法引言防渗堰是一种用以阻止土壤渗透的工程结构，在水利、交通、环保等领域有广泛的应用。

而土体渗透性实验方法是确定土壤渗透性性质的重要手段。

本文将介绍一些常用的土体渗透性实验方法及其在防渗堰设计中的应用。

一、气孔压力法气孔压力法是一种常用的测定土体渗透性的方法。

该方法通过测定土体中气孔水压力来确定渗透性。

实验中，将试样插入密封的仪器中，施加压力使气体逐渐浸入试样，然后观测气孔水压力的变化。

根据数据分析，可以计算土体的渗透系数。

在防渗堰设计中，通过气孔压力法可以快速准确地测定土体的渗透性能，为堰体材料的选择和工程参数的确定提供依据。

二、滴定法滴定法是一种常见的测定土体渗透性的方法。

该方法通过测定土体中水分的渗透速率来确定渗透性。

实验中，将试样放入渗透仪器中，通过滴定液滴入试样，经过一段时间后，观察滴液的渗透速率。

通过滴液速率与试样的尺寸、时间的关系计算渗透性能。

在防渗堰设计中，滴定法可以用于测定土体的渗透性能，通过对不同堰体材料的滴液速率进行比较，选择合适的材料和参数。

三、压汞法压汞法是一种常用的测定土体渗透性的方法。

该方法通过测定土体中压入汞柱的高度来确定渗透性能。

实验中，将试样装入密封的仪器，施加压力使汞逐渐渗入试样，然后观测汞柱的高度。

根据计算公式，可以得出土体的渗透系数。

在防渗堰设计中，压汞法可以用于测定土体的渗透性能，通过对不同堰体材料的压汞高度进行比较，选择合适的材料和参数。

四、梯度法梯度法是一种常用的测定土体渗透性的方法。

该方法通过测定土体中渗透液梯度的变化来确定渗透性能。

实验中，在给定的试样中设置不同的水头梯度，测量梯度上下流体的流量差，通过计算可以得出渗透系数。

在防渗堰设计中，梯度法可以用于测定土体的渗透性能，通过对不同堰体材料设置不同水头梯度的试验，选择合适的材料和参数。

结论综上所述，针对防渗堰设计中的土体渗透性实验方法，气孔压力法、滴定法、压汞法和梯度法是常用的实验方法。

渗透系数现场测定法现场测定法的试验条件比实验室测定法更符合实际土层的渗透情况，测得的渗透系数k值为整个渗流区较大范围内土体渗透系数的平均值，是比较可靠的测定方法，但试验规模较大，所需人力物力也较多。

现场测定渗透系数的方法较多，常用的有野外注水试验和野外抽水试验等，这种方法一般是在现场钻井孔或挖试坑，在往地基中注水或抽水时，量测地基中的水头高度和渗流量，再根据相应的理论公式求出渗透系数k值。

下面将主要介绍野外抽水试验。

抽水试验开始前，先在现场钻一中心抽水井，根据井底土层情况可分为二种类型，井底钻至不透水层时称为完整井,井底未钻至不透水层时称非完整井,分别见图2-7(a)和图2-7(b)。

在抽水井四周设若干个观测孔，以观测周围地下水位的变化。

试验抽水后，地基中将形成降水漏斗。

当地下水进入抽水井的流量与抽水量相等且维持稳定时,测读此时的单位时间抽水量q，同时在两个距离抽水井分别为r1和r2的观测孔处测量出水位h1和h2。

对非完整井需量测抽水井中的水深h,并确定降水影响半径R。

渗透系数k值可由下列各式确定图2-7(a) 无压完整井抽水试验图2-7(b) 无压非完整井抽水试验（1）无压完整井（2-6）上式求得的k值为r1<r<r2范围内的平均值。

若在试验中不设观测井，则需测定抽水井的水深h,并确定其降水影响半径R，此时降水影响半径范围内的平均渗透系数为（2-7）（2）无压非完整井（2-8）R的取值对k值的影响不大，在无实测资料时可采用经验值计算。

通常强透水土层（如卵石、砾石层等）的影响半径R值很大，在200～500 m以上，而中等透水土层（如中、细砂等）的影响半径R值较小，在100～200 m左右。

土木工程中常用的渗透性测试方法探讨渗透试验是通过对土壤或混凝土样本施加水压，观察渗透情况来评估其渗透性能的一种方法。

试验过程中，将水从一侧施加压力，通过土壤或混凝土中的孔隙进行渗透。

渗透试验可以用来测定土壤或混凝土的渗透系数、渗透压力、渗透速率等参数。

渗透试验的常用方法有：
1.常规渗透试验：将水平压力施加在孔隙水中，通过观察水渗透孔板上的水位变化或渗透压力的上升来评估渗透性能。

2.改进渗透试验：在常规渗透试验的基础上，通过增加试验时间、提高压力、增加观测点等方法，来提高试验结果的准确性和可靠性。

渗透测定是通过测量土壤或混凝土的渗透性能参数，如渗透系数、渗透速率等，来评估其渗透性能的方法。

渗透测定可以使用现场测试或实验室测试进行。

渗透测定的常用方法有：
1.斯托克斯法：通过测量孔隙介质中水的渗透速率来计算土壤或混凝土的渗透系数。

该方法适用于孔隙介质为颗粒状或多孔性结构的土壤或混凝土。

2.触点电阻法：通过测量孔隙介质中水的电阻变化来评估土壤或混凝土的渗透性能。

该方法适用于含水量较低的土壤或混凝土。

3.核磁共振法：通过测量孔隙介质中水的核磁共振信号来评估土壤或混凝土的渗透性能。

该方法适用于含水量较高的土壤或混凝土。

需要注意的是，不同的渗透性测试方法适用于不同类型的土壤或混凝土，具体选择何种方法应根据实际情况综合考虑。

同时，为了得到准确可靠的测试结果，还应注意采样及试样制备的规范、试验环境的控制等方面的要求。