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深部含水層滲透系數(shù)均勻試驗研究通過高應(yīng)力作用下的試驗,揭示了滲透系數(shù)與有效應(yīng)力的關(guān)系,優(yōu)化了抽水試驗設(shè)計,驗證了分層計算方法,預(yù)測了滲透系數(shù)變化,為地下水資源的合理開發(fā)和可持續(xù)利用提供了科學(xué)依據(jù)。
一、深部含水層滲透系數(shù)均勻試驗方法
1、單井混合抽水試驗:單井混合抽水試驗是一種常用的方法,通過在無觀測孔和無法分層止水的情況下,對含水層進(jìn)行抽水試驗,計算滲透系數(shù)。
2、高應(yīng)力作用下的均勻試驗:通過高應(yīng)力作用下深部含水層的試驗研究表明,滲透系數(shù)與有效應(yīng)力呈指數(shù)衰減的變化規(guī)律。試驗結(jié)果表明,滲透系數(shù)的變化規(guī)律及數(shù)值的大小可以通過土體的顆粒級配參數(shù)和土體內(nèi)有效應(yīng)力的大小來預(yù)測 。
3、現(xiàn)場抽水試驗:現(xiàn)場抽水試驗是確定場地滲透系數(shù)的重要方法。通過在工程現(xiàn)場進(jìn)行抽水試驗,可以更準(zhǔn)確地獲取土層的綜合滲透系數(shù)。
二、深部含水層滲透系數(shù)均勻試驗影響因素
1、有效應(yīng)力:滲透系數(shù)與有效應(yīng)力的關(guān)系是影響滲透系數(shù)的重要因素。研究表明,滲透系數(shù)與有效應(yīng)力呈指數(shù)衰減的變化規(guī)律,其表達(dá)式的回歸系數(shù)受特征粒徑、特性參數(shù)和孔隙率的綜合影響 。
2、顆粒級配參數(shù):土體的顆粒級配參數(shù)對滲透系數(shù)有顯著影響。研究表明,滲透系數(shù)的變化規(guī)律可以通過土體的顆粒級配參數(shù)來預(yù)測 。
3、孔隙率:孔隙率也是影響滲透系數(shù)的重要因素之一。研究表明,滲透系數(shù)的零載荷值由特征粒徑和孔隙率決定 。
三、深部含水層滲透系數(shù)均勻試驗研究背景與目的
1、研究背景
深部含水層的滲透系數(shù)是地下水資源評價和開發(fā)利用的關(guān)鍵參數(shù)。它直接影響地下水流動和溶質(zhì)遷移的能力,關(guān)系到可開采水量的大小。傳統(tǒng)的滲透系數(shù)獲取方法主要有兩種:室內(nèi)滲透試驗和現(xiàn)場原位試驗,如抽水試驗、壓水試驗和注水試驗等。然而,室內(nèi)試驗往往難以準(zhǔn)確描述實際工程中的土層模型,而現(xiàn)場試驗則更貼合實際工程應(yīng)用。
2、研究目的
提高滲透系數(shù)測量的準(zhǔn)確性:通過高應(yīng)力作用下的均勻試驗,研究深部含水層的滲透系數(shù)變化規(guī)律,提高測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。研究表明,滲透系數(shù)與有效應(yīng)力呈指數(shù)衰減的變化規(guī)律,其表達(dá)式的回歸系數(shù)受特征粒徑、特性參數(shù)和孔隙率的綜合影響。
優(yōu)化抽水試驗設(shè)計:在實際工程中,一個抽水試驗鉆孔往往揭穿多個含水層,且由于鉆探工作耗時耗資,難以保證觀測孔數(shù)量或沒有觀測孔。因此,研究如何進(jìn)行試驗設(shè)計,并采用單井混合抽水試驗資料分層計算各含水層的滲透系數(shù),是工程中經(jīng)常遇到的問題。
預(yù)測滲透系數(shù)變化:研究結(jié)果表明,高壓力作用下滲透系數(shù)的變化規(guī)律及數(shù)值的大小可通過土體的顆粒級配參數(shù)和土體內(nèi)有效應(yīng)力的大小來預(yù)測。這為地下水資源的合理開發(fā)和利用提供了科學(xué)依據(jù)。
四、深部含水層滲透系數(shù)均勻試驗研究結(jié)果
研究表明,深部含水層的滲透系數(shù)與有效應(yīng)力之間存在顯著的指數(shù)衰減關(guān)系。即隨著有效應(yīng)力的增加,滲透系數(shù)逐漸減小。這一變化規(guī)律可以通過一定的數(shù)學(xué)表達(dá)式進(jìn)行描述,其表達(dá)式的回歸系數(shù)受特征粒徑(如D50、D30、D20等)、特性參數(shù)(如Cu等)以及孔隙率n的綜合影響。
零載荷下的滲透系數(shù)主要由孔隙率n和特征粒徑D20決定;而有效應(yīng)力的影響系數(shù)則受特征粒徑D50、D30和特性參數(shù)Cu的控制,其中D30的影響最為顯著。D50越大、D30越小、Cu越小,則有效應(yīng)力的影響系數(shù)越大。