鹽漬土滲透性測試和滲透系數(shù)計算方法

鹽漬土滲透性測測試和滲透透系數(shù)計算算方法摘要：介紹紹了用原位位滲透試驗驗方法研究究鹽漬土的的測試方法法，并運用用數(shù)學模型型得到計算算滲透系數(shù)數(shù)的相應公公式，經(jīng)工工程實踐證證明該測試試方法和計計算公式是是切實可行行的，所提提供的資料料可供鹽田田建設(shè)或類類似的工程程借鑒。

關(guān)鍵詞詞：滲透性性；原位滲滲透試驗；；數(shù)學模型型

PERMEABBILITTYTEESTINNGMEETHODDANDDTHEE

COEFFFICIIENTPERMMEABIILITYYMEAASUREEMENTTOFSALIINESSOILAbstrract：：Thisspapperiintrooduceesanewmethhod———“in--situuperrmeabbilittyteest”useddinsaliinessoil,,anddgivvesooutaaneqquatiionoofthhecooeffiicienntpeermeaabiliitymmeasuuremeentaaccorrdinggtomathhematticallmoddel.Thevaliidityyofthemethhodaandtthefformuulahhavebeennexaamineedbyytheepraacticce.TTherresulltsccanbbeallsorreferrenceedinnsalltfiieldconsstrucctionnanddsimmilarrproojectts.

Keywordds：permmeabiilityy；in-ssitupermmeabiilityytesst；mathhematticallmoddel0前言在巖土體滲滲透性的測測試方法中中，比較常常見的有：：室內(nèi)滲透透實驗、鉆鉆孔滲水試試驗(常水頭法法、降水頭頭法)、試坑單單環(huán)滲水法法、試坑雙雙環(huán)滲水法法等［1］，每種測測試方法都都有各自的的適用范圍圍和相應滲滲透系數(shù)直直接或間接接的計算方方法。因此此，試驗方方法的選擇擇和分析計計算中K的取值問問題直接影影響到對巖巖土的滲透透性評價。

鹽漬土滲漏問題是鹽田建設(shè)中重要的工程地質(zhì)問題。本文結(jié)合國家“九五”重點工程——青海鉀肥廠二期鹽田建設(shè)的工程實例，重點介紹了通過原位滲透試驗方法及其推導出的計算公式進行鹽田滲透性評價的合理性和可行性。

研究區(qū)位于青海省達布遜湖區(qū)西南岸，占地面積為57.5km2。場區(qū)地基土系由洪積、湖積和湖泊化學沉積的鹽層及超氯鹽漬土組成。地表鹽殼系土中含鹽水分蒸發(fā)干涸形成的硬殼。除了以透鏡體形式出現(xiàn)的鹽巖外，場區(qū)主要為水平層理發(fā)育、分布穩(wěn)定的3.1～5.0m厚的粉質(zhì)粘土與粉土互層［2］。

在現(xiàn)場滲透性測試工作初期，采用了鉆孔滲水試驗方法，但由于貫入時的擾動，尤其是鹵水的側(cè)向漫流使野外觀測滲漏量偏高，最大值可達10.81cm/d，試驗結(jié)果遠遠超出設(shè)計允許值，這直接影響到二期鹽田建設(shè)的可行性。因此在完成24個鉆孔滲水試驗工作后，經(jīng)研討決定改用“原位滲透試驗”［2］。該試驗依據(jù)工程建設(shè)的實際情況，較好地反映場區(qū)土層的垂直滲透性，它的提出對工程建設(shè)具有深遠意義。1原位滲透試驗驗1.1試驗儀儀器(1)采用內(nèi)徑徑分別為00.41m和0.377m的鋼鋼管，長為為2.7m和2.0m。

(2)自制夯機機，能起吊吊5kN重錘，起起落高度為為3m，錘錘重4kN。

(3)鋼管帽，重重錘起吊時時將帽扣在在鋼管上使使鋼管均勻勻貫入土中中。

(4)水位測針針，溫度計計。1.2試驗步步驟原位滲透試試驗點位于于原鉆孔滲滲水試驗點點附近。首首先，在試試驗點附近近挖井，深深度至地下下水位，詳詳細描述地地層剖面，并并每隔200cm取取擾動樣測測其天然含含水量和塑塑限含水量量。然后，安安放好機械械，將鋼管管貫入預定定深度并向向管內(nèi)注入入鹵水，保保持1mm水頭，水水面上放置置適量機油油防止鹵水水蒸發(fā)；最最后每天定定時觀測各各試驗點處處滲漏量隨隨時間變化化的結(jié)果，直直至滲漏量量趨于穩(wěn)定定。

該該法與上述述鉆孔滲水水試驗不同同之處在于于：鉆孔滲滲水試驗管管內(nèi)無一殘殘留土柱，而而原位滲透透試驗管內(nèi)內(nèi)僅除去鹽鹽殼部分，殘殘留有1..0m左左右的土柱柱，如圖1所示。圖1鉆孔滲水(aa)和原位滲滲透試驗(b)安裝示意意圖Fig.1TThessketcchmaapoffwelllpeermeaabiliity(aa)anndinn-sittupeermeaabiliityttest((b)1.3試驗結(jié)結(jié)果整理29個滲透試驗點測測試結(jié)果如如表1所示。表1滲透試驗測試試結(jié)果統(tǒng)計計表Table11Theresuultoofpeermeaabiliityttest試驗點

編號試驗深度

/m鹵水浸入

深度//m地下水位

埋深//m穩(wěn)定日滲水量

//(mm。d-1)ST70.35～1..500.901.88ST110.40～1..403.103.10ST150.40～1..402.502.52ST10.30～1..200.700.30ST2-20.30～1..001.501.45ST3-20.30～1..001.582.20ST80.40～1..400.550.900.40ST90.40～1..400.701.104.87ST120.30～1..300.751.200.73ST130.20～1..200.951.850.41ST140.30～1..300.701.800.40ST160.00～1..000.961.700.84ST180.00～1..000.851.500.65ST190.10～1..500.981.300.55ST210.30～1..300.852.501.43ST220.10～1..100.901.601.84ST250.00～1..000.852.404.49ST260.00～1..000.802.500.49ST280.00～1..401.301.800.29ST300.30～1..301.002.402.96ST310.00～1..450.902.600.96ST320.00～1..000.752.560.41ST200.00～1..500.702.201.38ST240.00～1..001.051.750.54ST290.00～1..001.601.29ST330.00～1..001.501.71ST40.25～1..250.500.70ST50.40～1..400.700.80ST60.30～1..300.500.50從表中可以以看出：

（1）鹽田底底板滲水量量普遍較小小，最大日日水位降不不超過5mm/dd,平均滲水水量僅為1.01～2.00m/d。

（2）日水位位降大小與與地層巖性性、地下水水位埋深、土土柱厚度有有關(guān)。從野野外記錄可可以看出：：粉質(zhì)粘土土層較厚且且土質(zhì)均勻勻無夾層時時日水位降降小，而粉粉土層較厚厚時日水位位降大。在在其它條件件相同的情情況下地下下水位埋藏藏較深者，日日水位降較較大。

（3）試驗深深度亦是影影響滲漏量量的重要因因素。當鋼鋼管貫入深深度較小時時，鹵水的的垂直滲透透路徑較短短，鹵水滲滲出管底后后則會沿地地層的水平平方向滲漏漏，致使?jié)B滲漏量較大大。試驗結(jié)結(jié)果表明：：貫入深度度大的鋼管管日滲漏量量小，貫入入深度小的的鋼管日滲滲漏量大。

（4）鹵水滲漏穩(wěn)定后，一種情況是未滲入地下水位線以下，即整個滲水過程在包氣帶中進行；另一種情況是鹵水下滲補給地下水，即鋼管內(nèi)鹵水浸入深度達到地下水面。從試驗前后的含水量對比情況求出鹵水浸入深度（圖2），結(jié)果表明鹵水浸入深度絕大多數(shù)不超出管底。2滲透系數(shù)的計計算為了提供所所需的巖土土滲透性參參數(shù)，通常常將野外試試驗結(jié)果代代入相應的的經(jīng)驗公式式中求得滲滲透系數(shù)值值［3］。對于我我們首次采采用的這種種原位滲透透試驗方法法，計算滲滲透系數(shù)時時并沒有現(xiàn)現(xiàn)成的公式式可采用。基基于這一點點，下面探探討如何利利用野外試試驗資料來來評價土壤壤的滲透性性能，即滲滲漏過程中中各個變化化量之間的的關(guān)系式。圖2按含水量求浸浸入深度示示意圖Fig.2TThessketcchmaapoffdeppthccalcuulateedacccorddingtowwaterrconntentt2.1數(shù)學模模型建立的的條件當鹵水浸入入深度未過過壓入鋼管管下端時，水水的滲透流流動視為一一維運動；；當濕潤峰峰面超出鋼鋼管下端時時將產(chǎn)生側(cè)側(cè)向漫流，此此時水流運運動需考慮慮各向異性性的影響。由由野外試驗驗資料可知知，場區(qū)內(nèi)內(nèi)各原位滲滲透試驗處處鹵水浸入入深度絕大大多數(shù)未超超出鋼管下下端，因而而此處將鹵鹵水的滲流流視為一維維運動進行行研究。在在如下基本本假設(shè)條件件下建立數(shù)數(shù)學模型：：

(1)鹵水視為為不可壓縮縮的均勻水水體，水流流運動服從從達西定律律。

(2)剖面上土土層的滲透透性是均勻勻的；毛細細水上升高高度Hc不隨時間間改變。

(3)滲流區(qū)域域內(nèi)土層為為均質(zhì)各向向同性的，影影響范圍局局限于土柱柱內(nèi)。

基于上述述假設(shè)，可可將場區(qū)內(nèi)內(nèi)鹵水入滲滲問題概化化為一維非非穩(wěn)定流問問題。2.2模型的的建立無論是鹵水水滲入地下下水還是未未達到地下下水位線，鹵鹵水的運動動均可按潛潛水含水層層考慮。就就潛水含水水層來說，一一維非穩(wěn)定定流應滿足足下述微分分方程：(1)坐標軸選在地表表，z軸向下為為正。這是是一個二階階非線性偏偏微分方程程，求解析析解困難。由由于ΔH值相對于于整個含水水層厚度值值較小，故故H可近似當當作常數(shù)考考慮，上式式變?yōu)椋?）令得(3)根據(jù)試驗場區(qū)實實際情況，可可簡化為下下述模型：：2.3模型的的求解首先對方程程兩端對變變量t取Lapllace變換，得得(7)再對式（6）取取同樣的變變換：(8)式（8）的通解為：(9)由于當z→+∞∞時，H(z,,t)應該有界界，所以H(z,,p)也應該有有界，故c2=0，再由式(8)得c1=F(pp)，從而得得(10)最后，由拉氏變變換的卷積積性質(zhì)，得得(11)因為f（τ）=H(z,t))，上式變變?yōu)閮蛇吳髮У?12)式中：K為滲透透系數(shù)(cm//s)，

t為觀測時時間(s)，

Lw為濕潤峰峰面的深度度(cmm)，

z為鹵水入入滲影響深深度(cmm)。

按上上式將各原原位滲透試試驗點的滲滲透系數(shù)計計算結(jié)果列列于表2中。2.4公式的的驗證場區(qū)內(nèi)鹵水水浸入分為為兩種情況況：一是鹵鹵水入滲未未及地下水水位；二是是鹵水入滲滲補給地下下水。

當鹵水入入滲未及地地下水位時時，根據(jù)達達西定律K=V//I（其中V采用現(xiàn)場場所測的日日水位降mm/d），計算算土層滲透透系數(shù)。式式（12）反映出出的是入滲滲初期和穩(wěn)穩(wěn)定后的平平均滲透能能力，而根根據(jù)達西定定律所計算算的是穩(wěn)定定后的滲透透能力，因因此前者高高一些，但但對于滲透透系數(shù)來說說相差不大大。因此，式式（12）完全可可以用來評評價場區(qū)土土層的滲透透性能。表2原位滲透試驗驗滲透系數(shù)數(shù)計算結(jié)果果Table22Resuultoofthhecooeffiicienntoffperrmeabbilittyoffin--situuperrmeabbilittyteest試驗點滲透系數(shù)

/(ccm。s-1)試驗點滲透系數(shù)

/(ccm。s-1)ST112.16×100-6ST241.59×100-6ST131.33×100-6ST251.41×100-6ST141.05×100-6ST261.33×100-6ST152.46×100-6ST271.33×100-6ST161.89×100-6ST281.55×100-6ST171.40×100-6ST291.70×100-6ST181.39×100-6ST301.36×100-6ST201.48×100-6ST318.37×100-7ST211.28×100-6ST321.09×100-6ST221.11×100-6ST331.14×100-6ST231.28×100-6當鹵水浸入入深度超過過地下水面面時，無法法確定鹵水水入滲影響響深度，此此時宜采用用下述公式式計算：(13)式中：Kv為滲滲透系數(shù)（cm/s），

H為穩(wěn)定滲滲水量(mm//d)，

l為鋼管內(nèi)內(nèi)土柱長度度（m），

l′為鋼管下下端埋深，即即試驗深度度下界值（m），

Z為穩(wěn)定地地下水位埋埋深（m），

h為鋼管內(nèi)內(nèi)鹵水高度度（m）。

通通過計算可可知兩種計計算公式所所得結(jié)果數(shù)數(shù)量級相同同，因此式式（12）完全可可以用來評評價場區(qū)土土層的滲透透性能。3結(jié)論筆者在野外外地質(zhì)勘察