滲流係數

滲流係數是滲流速度計算式中的經驗係數。也是表示土壤或有縫隙岩石透水性大小的參數。一般滲流服從達西（Darcy）定律，即滲流速度與滲流的水力坡降成線性關係，其比數k就是滲流係數，以米/(24小時)或厘米/秒計。

基本介紹

• 中文名：滲流係數
• 外文名：Seepage coefficient
• 相關：達西定律
• 單位：cm/s
• 學科：土木工程
• 領域：土壤滲流

土壤的滲流特性

流體在土壤、岩層等多孔介質中的流動，稱為滲流。當流體是水，空隙介質是土壤或岩石時的滲流，又稱為地下滲流。水在土壤中的存在狀態有氣態水、附著水、薄膜水、毛細水和重力水等。

影響滲流運動規律的土壤性質，稱為土壤的滲透特性。土壤的特性主要取決於土壤的顆粒組成。對於均質各向同性土壤，滲透性質既與滲流空間的位置無關，也與滲流方向無關，主要討論重力水在均質各向同性土壤中的恆定流動規律。

孔隙率

一定體積的孔隙介質中，空隙體積V'與總體積V的比值，或者在一個橫斷面上的孔隙面積A'與總斷面積A的比值，即：

滲流模型

滲流模型是構想流體作為連續介質連續充滿滲流區的全部空間，包括土壤顆粒骨架所占據的空間；滲流的運動要素可作為滲流全部空間的連續函式來研究。

滲流模型中的滲流流速 為滲流模型中微小過流斷面面積 除通過該斷面面積的真實滲流流量 ，即：

式中， 為間隙中的實際流速。

達西滲流定律

早在1852—1855年，法國工程師達西(H．Darcy)在沙質土壤中進行了大量的試驗研究。下圖是所用的實驗裝置。豎直圓筒內充填沙粒，圓筒橫截面面積為A，沙層厚度為 ，沙層由金屬細網支托。水由穩壓箱經水管A流入圓筒中，再經沙層由出水管B流出，其流量由量筒C量測。

達西實驗裝置

在沙層的上下兩端側面處裝測壓管以量測滲流的水頭損失，由於滲流的動能很小，可以忽略不計，因此測壓管水頭差 即為滲流在兩斷面問的水頭損失 。經大量試驗後發現以下規律，即著名的達西滲流定律：

或

式中，——滲透模型的斷面平均流速；

——滲流係數，它是土壤性質和流體性質綜合影響滲流的一個係數，具有流速的量綱；

——流程長度範圍內的平均測壓管坡度，也即水力坡度。

上式是以斷面平均流速來表達的達西定律，為今後分析的需要，將其推廣到用滲流流速來表達的關係式。下圖處在兩個不透明水層中的有壓滲流，ab表示任一元流，在M點的測壓管坡度為：

元流的滲流流速為，則：

壓滲流

上述達西定律式表明：在某一均質多孔介質中，滲流流速與滲流的水力坡度的一次方成正比，因此也稱為滲流線性定律。

確定方法

滲透係數不僅取決於孔隙介質的特性，而且也和流體的物性，如粘度、容重等有關。對於水來說，可認為滲透係數只隨孔隙介質而不同。可把滲透係數理解為單純反映孔隙介質特性對滲透性影響的一個參數。

確定滲透係數的方法，大致可分為三類：

（1）經驗公式估算法。根據影響土壤滲透性因素組成的經驗公式來計算k值。這類公式很多，大多是經驗性的，各有其局限性，只可作為粗略估算時用。

（2）實驗室測定法。通常使用的實驗設備，如下圖1所示。如實驗中符合達西定律，測得水頭損失和流量後，即可按達西定律公式求得滲透係數k值。應儘量選取有足夠數量的、有代表性的非擾動土樣來進行實驗。

圖1 滲流實驗裝置

（3）現場測定法。一般是在現場鑽井或挖試坑，用抽水或注水的方式測定其流量及水頭等數值，然後根據相應的理論公式算出滲透係數值。這種方法能取得較為符合實際的滲透係數值，但需較大的工作量。

在進行初步估算時，可參照有關規範和已建成工程的資料來選定滲透係數k值。有關各土壤滲透係數的參考值見下圖2所示。

圖2 土壤滲透係數參考值