常州地區含水層滲透系數與特征粒徑的相關性研究

夏繼宗，奚賽英，尤 迪，鄭付濤

（常州市規劃設計院，江蘇常州 213002）

0 前言

滲透系數是水文地質中評定土層滲透性的一個重要參數。在工程建設中，基坑降水、判定土體滲流穩定性等都需要準確的土層滲透系數。目前常用的測定土層滲透系數的方法，包括現場抽水試驗、室內滲透試驗等。國內外學者也總結出了大量經驗關系式，可以通過土層特征粒徑、孔隙比及孔隙率等參數得到土層滲透系數[1]，其中以采用土層特征粒徑計算滲透系數的公式較為常見，也反映出顆粒級配與滲透系數的密切關系。

常州地區普遍存在的第⑤層承壓水層，該含水層由厚度不均的粉土、粉砂層組成，部分區域也以粉土夾粉砂或粉砂夾粉土等形式出現。該含水層典型土層分布如圖1所示。考慮其滲透性及可操作性，工程中常提供綜合滲透系數評價該含水層的滲透性。由于各含水層透水性及厚度不同，綜合滲透系數的取值也會有不同。室內試驗受到土樣邊界條件限制，現場抽水試驗深度與工程影響范圍的不同，這都將造成滲透系數取值的局限性。而土層顆粒級配對滲透性有著直接的影響，分析含水層與顆粒級配之間的關系，將為滲透系數值的確定提供另一種方法。

1 土層特征粒徑及滲透系數

圖1 第⑤層含水層典型土層典型分布圖

為確定含水層滲透系數與特征粒徑之間的關系，收集常州地區第⑤層現場抽水試驗得到的滲透系數K，抽水試驗影響范圍內土層特征粒徑d10、d30及d60等參數。由于含水層各分層厚度不同，特征粒徑也有區別，為綜合反映土層的顆粒特征，將特征粒徑按各土層厚度進行加權平均，得到含水層特征粒徑的加權值。加權計算如公式（1）所示，得到土層相關參數如表1。

式中：dn—土層特征粒徑加權值（mm）；

dni—各分層特征粒徑平均值（mm）；

hi—各土層厚度值（m）。

表1 第⑤含水層滲透系數及特征粒徑參數表

2 滲透系數與特征粒徑關系式的建立

為分析滲透系數與特征粒徑之間的關系，分別以d10、d30及d60為橫坐標，以滲透系數為縱坐標建立散點圖，如圖2～圖4所示。由圖可見，土層滲透系數與d10相關關系不大，而與d30及d60呈現出二次式的關系。為進一步分析，采用回歸分析的方法分別建立關系式。

剔除部分偏離較大的數據后分別對K-d30及K-d60的二次關系式進行回歸分析，得到的關系式如下：

圖2 d10-滲透系數關系

圖3 d30-滲透系數關系

圖4 d60-滲透系數關系

由式（2）和式（3），滲透系數K與d30及d60的相關系數分別達到了0.956和0.987，表現出了良好的相關性。利用式（2）及式（3）分別對滲透系數進行預測，并與實測值進行比較，得到的結果如表2及表3所示。

由表2及表3預測值與滲透系數實測值的對比分析，式（2）和式（3）殘差范圍分別為-1.58～1.31m/d和-0.88～0.85m/d，采用d60預測得到的土層滲透系數與實測值更為接近。

3 結論

土層滲透系數與顆粒組成關系密切。常州市第⑤層內各分層滲透性、顆粒組成、厚度均有差異，基于綜合土層的滲透系數及特征粒徑實測數據，通過對土層的特征粒徑進行厚度等效處理，建立了滲透系數與特征粒徑之間的關系式，相關性分析顯示控制粒徑d60與滲透系數K的相關性更高，預測值較為準確。

表2 d30-K關系式預測值對比

表3 d60-K關系式預測值分析

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