雙環(huán)滲透試驗儀

1. 試驗的目的及意義

雙環(huán)法試驗是野外測定包氣帶非飽和松散巖層的滲透系數的常用的簡易方法，試驗的結果更接近實際情況。利用這個試驗，主要為研究區(qū)域性水均衡、水庫、灌區(qū)、渠道滲漏量、山前地區(qū)地表水滲入量等進行的。

2. 試驗的適用范圍

對砂土和粉土，可采用試坑法或單環(huán)法；對粘性土應采用試坑雙環(huán)法。

3. 試驗的基本原理

在一定的水文地質邊界以內，向地表松散巖層進行注水，使?jié)B入的水量達到穩(wěn)定，即單位時間的滲入水量近似相等時，再利用達西定律的原理求出滲透系數（K）值。

4. 試驗儀器及制樣工具

滲水雙環(huán)（兩個高約50cm，直徑分別為0.25m和0.5m的鐵環(huán)）、兩套帶有刻度的供水桶、膠帶、橡皮管,止水夾、鐵鍬、尺子、及若干要填在試環(huán)底部的小礫石。

5. 試驗步驟

（1） 確定試點,開挖試坑。

確定試點有三個原則：

1) 代表性。試點處的包氣帶巖層要能代表試區(qū)相當大范圍內包氣帶巖層的情況；

2) 一致性。試點處包氣帶巖層的選擇應與大目標一致，如本次實例是為了選擇人工回灌點，所以選擇包氣帶巖層滲透性能較好的部位進行試驗。

3) 選擇試驗場地在潛水埋藏深度大于5m的地方為好。如果潛水埋深小于2m時，因滲透路徑太短，測得的滲透系數不真實，就不要使用滲水試驗。

試坑開挖：

鏟去表土，露出目標層，試坑深度應大于0.8-1.2m，試坑面積1.3×1.0m左右，以消除包氣帶表層植被根系對試驗的影響。

（2） ??壓入雙環(huán)、鋪礫、立標

將雙環(huán)同心壓入試坑底部*，原則上壓入0.8-1cm即可，實際中，將雙環(huán)壓入試層3-8cm。鋪礫的目的是防止注水時將環(huán)底的沙層沖起，試驗中實際鋪礫3-4cm。

立標的目的在于，定水頭注水時，控制環(huán)底水層厚度，一般控制在10cm，需要說明的一點是，此處所言的“水層厚度”是包括環(huán)底鋪礫厚度在內的。

（3） 水頭注水、觀測記錄

以環(huán)底水標為準，保持標頭剛好淹在水中，內外環(huán)同時定水頭注水（隨時保持內外環(huán)的水柱都保持在10cm的同一高度。這樣即可認為，內外環(huán)之間滲入的水主要消耗在側向擴散上，內環(huán)滲入的水主要消耗在垂向滲透上，為準垂向一維滲流）。

同時從供水桶觀測注入水量。記錄的時間，開始時因滲入量大，觀測間隔時間要短，稍后可按一定時間間隔比如每10分鐘觀測一次。

（4） 滲入速度穩(wěn)定，完成試驗

試驗記錄的過程中，繪制出滲速時間v-t曲線，當試驗時間（一般為30分鐘）曲線保持在一個不大的區(qū)間，再延續(xù)一段時間，如2-3h，即可結束試驗。

6. 試驗數據

（1）隨時保持內外環(huán)的水柱都保持在0.1m的同一高度。

（2）向供水瓶注水時，做好水量轉換的換算

組

T(min)

1

2

2

5

10

10

Q(ml)

300

200

100

150

450

450

第二組

T(min)

1

2

2

5

10

10

Q(ml)

250

200

120

190

400

400

7. 試驗數據處理

（1）計算滲透系數

根據達西定律：?

式中 Q－穩(wěn)定滲流量（m3/min）；

A－雙環(huán)內徑面積（m2）；

K－滲透系數（m/min）；

I—水力梯度，滲透系數為1的滲透流速；

?

式中Z－試坑內水層厚度（m）；

L－在試驗時間段內，水由試坑底向土層中滲透的深度（m）；

?－水向干土中滲透時，所產生的毛細壓力，以水柱高表示（m）。試驗地點土為粘性，其大小約為1；

時間min

滲透深度（cm）

水力梯度I

滲透系數m/mim

1

50

3.20

0.00245

3

0.0010

5

0.0006

10

0.0004

20

0.0004

30

0.0004

（2）滲透速度隨時間變化的曲線

?

8. 試驗成果分析及工程應用

由于經濟成本低且簡便易行，在包氣帶巖層參數的求取中，雙環(huán)滲水試驗具有重要的實用價值，但要慎重對待試驗數據采集和處理，在采集中盡量避免人為誤差，在處理中力求減小概化誤差。

由于基于垂向一維滲流，在公式法求滲透系數的過程中，側向滲透對求解結果的影響頗大。因此，在雙環(huán)試驗中保持內、外環(huán)水層高度一致很重要。

在入滲速度近似法求k中，約束條件為HS+0.5HC/Lw很小，要使此條件得到滿足，控制上試環(huán)水層厚度在10cm以下是必要的。

雙環(huán)滲水試驗對滲透系數較大的松散巖類孔隙巖層的適用性較好，而對滲透系數較小的粘土、亞粘土巖層的適用性較差。