渗透系数和导水系数-PPT课件
最新专门水文地质学--渗透系数和导水系数
专门水文地质学--渗透系数和导水系数吉林大学精品课>>专门水文地质学>>教材>>专门水文地质学§6.2渗透系数和导水系数渗透系数又称水力传导系数，是描述介质渗透能力的重要水文地质参数。
根据达西公式，渗透系数代表当水力坡度为1时，水在介质中的渗流速度，单位是m/d 或cm/s 。
渗透系数大小与介质的结构（颗粒大小、排列、空隙充填等）和水的物理性质（液体的粘滞性、容重等）有关。
导水系数即含水层的渗透系数与其厚度的乘积。
其理论意义为水力梯度为1时，通过含水层的单宽流量，常用单位是m 2/d 。
导水系数只适用于平面二维流和一维流，而在三维流及剖面二维流中无意义。
利用抽水试验资料求取含水层的渗透系数及导水系数方法视具体的抽水试验情况而定，下面就各种情况下的计算公式加以简述，其原理及具体计算步骤可参考地下水动力学相关教材。
一、单孔稳定流抽水试验抽水孔水位下降资料求渗透系数1. 当Q ～s （或2h ∆）关系曲线呈直线时，（1）承压水完整孔：r RsM Q K ln 2π= (6-9)（2）承压水非完整孔： 当M ﹥150r ，l /M ﹥0.1时， )12.1ln (ln 2rMl l M r R sM Q K ππ-+=(6-10) 当过滤器位于含水层的顶部或底部时，)]2.01ln([ln 2rMl l M r R sM Q K +-+=π(6-11) （3）潜水完整孔：rRh H Q K ln )(22-=π (6-12)（4）潜水非完整孔：图6-2 土壤含水率变化曲线当h ﹥150r ，l /h ﹥0.1时，)12.1ln (ln )(22r hl l h r R h H Q K ππ⋅-+-=(6-13) 当过滤器位于含水层的顶部或底部时，)]2.01ln([ln )(22r hl l h rR h H Q K +-+-=π (6-14)式中 K —渗透系数（m/d ）；Q —出水量（m 3/d ）； s —水位下降值（m ）；M —承压水含水层的厚度（m ）；H —自然情况下潜水含水层的厚度（m ）；h —潜水含水层在自然情况下和抽水试验时的厚度的平均值（m ）； h —潜水含水层在抽水试验时的厚度（m ）；l —过滤器的长度（m ）；r —抽水孔过滤器的半径（m ）； R —影响半径（m ）。
渗透系数
编辑本段正文
表示岩土透水性能的数量指标。亦称水力传导度。可由达西定律求得：q=KI
式中q为单位渗流量，也称渗透速度（米/日）;K为渗透系数（米/日）；I为水力坡度,无量纲。可见,当I=1时，q=K，表明渗透系数在数值上等于水力坡度为1时，通过单位面积的渗流量。岩土的渗透系数愈大，透水性越强，反之越弱。
V = Q*t =ν*A*t
根据达西定律，v = k*i，则
V = k*（△h/L）*A*t
从而得出
k = V*L / A*△h*t
常水头试验适用于测定透水性大的沙性土的渗透参数。粘性土由于渗透系数很小，渗透水量很少，用这种试验不易准确测定，须改用变水头试验。
变水头试验法就是试验过程中水头差一直随时间而变化，其装置如图： 水从一根直立的带有刻度的玻璃管和U形管自下而上流经土样。试验时，将玻璃管充水至需要高度后，开动秒表，测记起始水头差△h1，经时间t后，再测记终了水头差△h2，通过建立瞬时达西定律，即可推出渗透系数k的表达式。
式中：V---地下水的渗流速度（m/d）
K---渗透系数（m/d）
I----水力梯度
根据水流连续原理，应有dVe = dVo，即得到
k =（a*L/A*t）㏑（△h1/△h2）
或用常用对数表示，则上式可写为
k = 2.3*（a*L/A*t）㏒（△h1/△h2）
编辑本段渗透系数的应用
渗透系数
渗透系数渗透系数又称水力传导系数（hydraulic conductivity)。
在各向同性介质中，它定义为单位水力梯度下的单位流量，表示流体通过孔隙骨架的难易程度，表达式为：κ=kρg/η，式中k为孔隙介质的渗透率，它只与固体骨架的性质有关，κ为渗透系数；η为动力粘滞性系数；ρ为流体密度；g为重力加速度。
在各向异性介质中，渗透系数以张量形式表示。
渗透系数愈大，岩石透水性愈强。
强透水的粗砂砾石层渗透系数>10米/昼夜；弱透水的亚砂土渗透系数为1～0.01米/昼夜；不透水的粘土渗透系数<0.001米/昼夜。
据此可见土壤渗透系数决定于土壤质地。
1.测定影响渗透系数k 是一个代表土的渗透性强弱的定量指标，也是渗流计算时必须用到的一个基本参数。
不同种类的土，k 值差别很大。
因此，准确的测定土的渗透系数是一项十分重要的工作。
2计算方法渗透系数K是综合反映土体渗透能力的一个指标，其数值的正确确定对渗透计算有着非常重要的意义。
影响渗透系数大小的因素很多，主要取决于土体颗粒的形状、大小、不均匀系数和水的粘滞性等，要建立计算渗透系数k的精确理论公式比较困难，通常可通过试验方法，包括实验室测定法和现场测定法或经验估算法来确定k值。
3测定方法渗透系数的测定方法主要分“实验室测定”和“野外现场测定“两大类。
常水头法测渗透系数k1.实验室测定法目前在实验室中测定渗透系数k 的仪器种类和试验方法很多，但从试验原理上大体可分为”常水头法“和"变水头法"两种。
常水头试验法就是在整个试验过程中保持水头为一常数，从而水头差也为常数。
如图：试验时，在透明塑料筒中装填截面为A，长度为L的饱和试样，打开水阀，使水自上而下流经试样，并自出水口处排出。
待水头差△h和渗出流量Q稳定后，量测经过一定时间t 内流经试样的水量V，则V = Q*t = ν*A*t根据达西定律，v = k*i，则V = k*（△h/L）*A*t从而得出k = q*L / A*△h= = Q*L / A*△h*常水头试验适用于测定透水性大的沙性土的渗透参数。
渗透系数
一、渗透系数概念渗透系数（hydraulic conductivity）是指在各向同性介质中，单位水力梯度下的单位流量，表示流体通过孔隙骨架的难易程度，是综合反映土体渗透能力的一个指标，又称水力传导系数，符号为K。
渗透系数正确确定数值对渗透计算有着非常重要的意义，其大小主要取决于土体颗粒的形状、大小、不均匀系数和水的粘滞性等。
又称水力传导系数（hydraulic conductivity)。
在各向同性介质中，它定义为单位水力梯度下的单位流量，表示流体通过孔隙骨架的难易程度，表达式为：κ=kρg/η，式中k为孔隙介质的渗透率，它只与固体骨架的性质有关，κ为渗透系数；η为动力粘滞性系数；ρ为流体密度；g为重力加速度。
在各向异性介质中，渗透系数以张量形式表示。
渗透系数愈大，岩石透水性愈强。
强透水的粗砂砾石层渗透系数〉10米/昼夜；弱透水的亚砂土渗透系数为1～0.01米/昼夜；不透水的粘土渗透系数<0.001米/昼夜.据此可见土壤渗透系数决定于土壤质地。
二、渗透系数意义及计算方法渗透系数K是综合反映土体渗透能力的一个指标，其数值的正确确定对渗透计算有着非常重要的意义。
影响渗透系数大小的因素很多，主要取决于土体颗粒的形状、大小、不均匀系数和水的粘滞性等，要建立计算渗透系数K的精确理论公式比较困难，通常可通过试验方法(包括实验室测定法和现场测定法)或经验估算法来确定K值。
渗透系数的表达式为：κ=kρg/η，式中k为孔隙介质的渗透率，它只与固体骨架的性质有关，κ为渗透系数；η为动力粘滞性系数；ρ为流体密度；g为重力加速度。
土工膜、复合土工膜、土工布、土工格栅、土工带、土工袋等等都叫土工合成材料。
渗透系数是指一种土工合成材料的自身特性指标；比如，土工布、土工膜、软水管等。
而根据水流的方向不同测定土工布的渗透系数，分垂直渗透系数和水平渗透系数。
就是说土工合成材料的渗透系数是广义的，泛指的。
而垂直渗透系数是土工布特有的。
渗透系数
渗透系数
渗透系数定义
渗透系数又称水力传导系数（hydraulic conductivity)。
在各向同性介质中，它定义为单位水力梯度下的单位流量，表示流体通过孔隙骨架的难易程度，计算公式为：κ=kρg/η，式中k为孔隙介质的渗透率，它只与固体骨架的性质有关，κ为渗透系数；η为动力粘滞性系数；ρ为流体密度；g为重力加速度。
在各向异性介质中，渗透系数以张量形式表示。
渗透系数愈大，岩石透水性愈强。
强透水的粗砂砾石层渗透系数>10米/昼夜；弱透水的亚砂土渗透系数为1～0.01米/昼夜；不透水的粘土渗透系数<0.001米/昼夜。
据此可见土壤渗透系数决定于土壤质地。
渗透系数计算公式
渗透系数K是综合反映土体渗透能力的一个指标，其数值的正确确定对渗透计算有着非常重要的意义。
影响渗透系数大小的因素很多，主要取决于土体颗粒的形状、大小、不均匀系数和水的粘滞性等，要建立计算渗透系数k的精确计算公式比较困难，通常可通过试验方法，包括实验室测定法和现场测定法或经验估算法来确定k值。
渗透系数的测定和影响因素
渗透系数k是一个代表土的渗透性强弱的定量指标，也是渗流计算时必须用到的一个基本参数。
不同种类的土，k值差别很大。
因此，
准确的测定土的渗透系数是一项十分重要的工作。
渗透系数的测定方法
渗透系数的测定方法主要分“实验室测定”和“野外现场测定“两大类。
（目前在实验室中测定渗透系数k的仪器种类和试验方法很多，但从试验原理上大体可分为”常水头法“和"变水头法"两种。
）。
第二章 渗透性与渗流PPT课件
.
15
2.4 有效应力原理及应用
2. 饱和土中孔隙水压力的计算
1) 静水条件
地下水位
水平地基 z－u＝z
①自重应力σsz=σz’， σsz是指有 效应力，地下水位以下σsz 计算采 用浮容重,是因为静水压力对土骨架 的浮托力，减轻了土的有效重量， 从有效应力原理的角度讲， u=γwzw（存在着孔隙水压力）。
▪在边界上满足流场边界条件要求，保证解的唯一性。
2）绘制方法 3）流网特点 4）实际应用
▪确定边界流线和首尾等势线→流线→等势线→反复修改，调整； ▪一个高精度的流网图，需经过多次的修改后才能完成。
▪与上下游水位变化无关， Δh=const； ▪等势线上各点测管水头H相等； ▪与k无关。 ▪ 测管水头： =位置水头＋压力水头
xy y
x yz zy xx'
xy y'
y xz z0 u
0 u
0 0
zx zy z zx zy z' 0 0 u
.
11
2.4 有效应力原理及应用
1. 有效应力原理
'u
a. 揭示了饱和土体内任一平面上作用的总应力是由有效应力和孔隙水压组成的。
b. 揭示了饱和土的强度和变形是由有效应力控制的，而不是由总应力控制。
试想：
海床对土粒的反力哪一种情况下要更大一些？ 哪个土粒更容易被推动？
.
13
2.4 有效应力原理及应用
1. 有效应力原理
'u
物理本质:
a. 揭示了饱和土体内任一平面上作用的总应力是由有效应力和孔隙水压组成的。
b. 揭示了饱和土的强度和变形是由有效应力控制的，而不是由总应力控制。
① 孔隙水压力的作用 ② 变形的原因 ③ 强度的成因
渗透系数
1渗透系数又称水力传导系数（hydraulic conductivity)。
在各向同性介质中，它定义为单位水力梯度下的单位流量，表示流体通过孔隙骨架的难易程度，表达式为：κ=kρg/η，式中k为孔隙介质的渗透率，它只与固体骨架的性质有关，κ为渗透系数；η为动力粘滞性系数；ρ为流体密度；g为重力加速度。
在各向异性介质中，渗透系数以张量形式表示。
渗透系数愈大，岩石透水性愈强。
强透水的粗砂砾石层渗透系数〉10米/昼夜；弱透水的亚砂土渗透系数为1～0.01米/昼夜；不透水的粘土渗透系数<0.001米/昼夜.据此可见土壤渗透系数决定于土壤质地.2意义及计算方法渗透系数K是综合反映土体渗透能力的一个指标，其数值的正确确定对渗透计算有着非常重要的意义。
影响渗透系数大小的因素很多，主要取决于土体颗粒的形状、大小、不均匀系数和水的粘滞性等，要建立计算渗透系数K的精确理论公式比较困难，通常可通过试验方法(包括实验室测定法和现场测定法)或经验估算法来确定K值表示岩土透水性能的数量指标。
亦称水力传导度。
可由达西定律求得：q=KI式中q为单位渗流量，也称渗透速度（米/日）;K为渗透系数（米/日）；I为水力坡度,无量纲。
可见,当I=1时，q=K，表明渗透系数在数值上等于水力坡度为1时，通过单位面积的渗流量。
岩土的渗透系数愈大，透水性越强，反之越弱。
渗透系数的大小主要不取决于岩土空隙度的值，而取决于空隙的大小、形状和连通性，也取决于水的粘滞性和容量，因此，温度变化，水中有机物、无机物的成分和含量多少，均对渗透系数有影响。
在均质含水层中,不同地点具有相同的渗透系数;在非均质含水层中，渗透系数与水流方向无关，而在各向异性含水层中，同一地点当水流方向不同时，具有不同的渗透系数值。
一般说来，对于同一性质的地下水饱和带中一定地点的渗透系数是常数；而非饱和带的渗透系数随岩土含水量而变，含水量减少时渗透系数急剧减少。
渗透系数
渗透系数又称水力传导系数（hydraulic conductivity)。
在各向同性介质中，它定义为单位水力梯度下的单位流量，表示流体通过孔隙骨架的难易程度，表达式为：κ=kρg/η，式中k为孔隙介质的渗透率，它只与固体骨架的性质有关，κ为渗透系数；η为动力粘滞性系数；ρ为流体密度；g为重力加速度。
在各向异性介质中，渗透系数以张量形式表示。
渗透系数愈大，岩石透水性愈强。
强透水的粗砂砾石层渗透系数>10米/昼夜；弱透水的亚砂土渗透系数为1～0.01米/昼夜；不透水的粘土渗透系数<0.001米/昼夜。
据此可见土壤渗透系数决定于土壤质地。
影响因素：(1)土粒的大小和级配。
土的bai颗粒大小、形状du及级配，影响土zhi中孔隙大小及其形状，因而影响土的渗透性。
dao土颗粒越粗、越浑圆、越均匀时，渗透性就大。
砂土中含有较多粉土及黏土颗粒时，其渗透系数就大大降低。
(2)土的孔隙比。
孔隙比小，土中孔隙相对较少，渗透性也差。
(3)土的结构构造，天然土层通常不是各向同性的，在渗透性方面往往也是如此。
如黄土具有竖直方向的大孔隙，所以，竖直方向的渗透系数要比水平方向大得多。
层状黏土常夹有薄的粉砂层，它在水平方向的渗透系数要比竖直方向大得多。
(4)水的温度。
同样条件下，水的温度越高，其渗透性越好。
渗透系数尤是综合反映岩石渗透能力的一个指标。
影响渗透系数大小的因素很多，主要取决于介质颗粒的形状、大小、不均匀系数和水的黏滞性等。
不过，在实际工作中，由于不同地区地下水的黏性差别并不大，在研究地下水流动规律时，常常可以忽略地下水的黏性，即认为渗透系数只与含水层介质的性质有关，使得问题简单化。
要建立计算渗透系数欠的精确理论公式比较困难，通常可通过试验方法（包括实验室测定法和现场测定法）或经验估算法来确定尤值。
其中渗透系数和渗透率是两个完全不同的概念。
渗透率是土体的固有渗透性，与流体性质无关；它只与颗粒或孔隙的形状、大小及其排列方式有关，单位是：平方米。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2. 当Q～s（或△h2）关系曲线呈曲线时， 采用插值法得出Q～s代数多项式，即： 2 n (6-15) s a Q a Q a Q 1 2 n
式中 a1、a2……an—待定系数。a1宜按 均差表求得，可相应地将公式中的Q/s 和公式中的 2 Q 2 以1/ a 代换，分别进行 1 H h 计算
（2）潜水完整孔：
0 . 08 Q 0 . 159 Q K W ( u ) K W ( u ) 2 h s h 或 ( 6 19 ) 2 2 r r u . u . KHt 4 K h t 4
式中 W(u)—井函数； S—承压水含水层的释水数； μ—潜水含水层的给水度。
式中 s1、s2 观测孔或抽水孔在s～lgt关系曲 线的直线段上任意两点的纵坐标值（m意两点的纵坐标值 （m2）； r1、s2 —在s（或△h2 ）～lgt关系曲线上纵 坐标为s1、s2（或△h12△h22 ）的两点相应的 时间（min）
r Q 2 K . l n ( 6 16 ) 2 M ( s s ) r 1 2 1
2.潜水完整孔：
lg r
r 2 K . l n ( 6 17 ) 2 2 r ( h h 1 1 2) Q
• 式中 s1、s2 —在s～lgr关系曲线 的直线段上任意两点的纵坐标值 （m）； 2 2 2 • △h1 、△h2 —在△h ～lgr关系曲线的 直线段上任意两点的纵坐标值 （m2）； • r1、s2 —在s（或△h2 ）～lgr关系 曲线上纵坐标为s1、s2（或 2 2 △h1 △h2 ）的两点至抽水孔的距离 （m）；
三、在没有补给条件下单孔非稳定流抽 水水位下降资料求渗透系数
• 单孔非稳定流抽水试验，在没有补给条 件下，利用抽水孔或观测孔的水位下降 资料计算渗透系数时，可采用下列公式： • 1. 配线法 • （1）承压水完整孔：
0.0 8 Q K W (u ) Ms (6 1 8 ) 2 S r u . 4 KM t
6.2渗透系数和导水系数
渗透系数又称水力传导系数， 是描述介质渗透能力的重要水文地 质参数。根据达西公式，渗透系数 代表当水力坡度为1时，水在介质 中的渗流速度，单位是m/d或cm/s。 渗透系数大小与介质的结构（颗粒 大小、排列、空隙充填等）和水的 物理性质（液体的粘滞性、容重等） 有关。
导水系数即含水层的渗透系数与其 厚度的乘积。其理论意义为水力梯度为1 时，通过含水层的单宽流量，常用单位 是m2/d。导水系数只适用于平面二维流 和一维流，而在三维流及剖面二维流中 无意义。 利用抽水试验资料求取含水层的渗 透系数及导水系数方法视具体的抽水试 验情况而定，下面就各种情况下的计算 公式加以简述，其原理及具体计算步骤 可参考地下水动力学相关教材。
一、单孔稳定流抽水试验抽水孔水位下 降资料求渗透系数 • 1. 当Q～s（或△h ）关系曲
2
线呈直线时， Q R ln ( 6 9 ) • （1）承压水完整孔: K 2 sM r
（2）承压水非完整孔：
当M﹥150r,l/M﹥0.1时，
Q R M l 1 . 12 M K (ln ln )( 6 10 ) 2 sM r l r
当过滤器位于含水层的顶部或底部时，
Q R M l M K [ln ln( 1 0 . 2)]( 6 11 ) 2 sM r l r
（3）潜水完整孔：
Q R K ln ( 6 12 ) 2 2 ( H h) r
（4）潜水非完整孔： 当﹥150r，l/﹥0.1时，
Q Rh l 1 . 12 h K 2 2 (ln . ln )( 6 13 ) r ( H h ) r l
当过滤器位于含水层的顶部或底部时，
Q Rh l h K 2 2[ln ln( 1 0 . 2 )]( 6 14 ) r ( H h ) r l
四、有越流补给条件下单孔非稳定流抽 水水位下降资料求渗透系数 单孔非稳定流抽水试验中，在有越流 补给（不考虑弱透水层水的释放）条件 下，利用s～关系曲线上拐点处的斜率计 算渗透系数时，可采用下式：
K ( 6 22 ) r 4 .M . m . e i
2 .3 Q
式中 r—观测孔至抽水孔的距离（m）； B—越流参数； mi—s～lgt关系曲线上拐点处的斜率。 注：1. 拐点处的斜率，应根据抽水孔或观 测孔中的稳定最大下降值的1/2确定曲线的 拐点位置及拐点处的水位下降值，再通过 拐点作切线计算得出。
• 式中 K—渗透系数（m/d）； • Q—出水量（m3/d）； • s—水位下降值（m）； • M—承压水含水层的厚度（m）； • H—自然情况下潜水含水层的厚度（m）； • h —潜水含水层在自然情况下和抽水试验时 的厚度的平均值（m）； • h—潜水含水层在抽水试验时的厚度 （m）； • l—过滤器的长度（m）； • r—抽水孔过滤器的半径（m）； • R—影响半径（m）。
2. 直线法 当 r S （ 4 KMt 公
2
r 2 4 K ht
或）<0.01时，可采用
式或下列公式： 1）承压水完整孔：
t Q 2 K . ln ( 6 20 ) 4 M ( S S ) t 2 1 1
（2）潜水完整孔：
t 2 K . ln ( 6 21 ) 2 2 t 2 ( h h 1 2 1) Q
。
3. 当s/Q（或△h2/Q）～Q关系曲线呈 直线时，可采用作图截距法求出a1后， 按上述方法计算。
二、单孔稳定流抽水试验观测孔水位 下降资料求渗透系数
当利用观测孔中的水位下降资料计算渗透 系数时，若观测孔中的值s（或△h2）在s （或△h2）～lgr关系曲线上连成直线， 可采用下列公式：
1.承压水完整孔：