
【化】 osmotic coefficient
渗透系数(Permeability Coefficient)是流体力学与水文地质学中描述多孔介质渗透能力的核心参数,其英文对应术语为"hydraulic conductivity"或"permeability coefficient"。该参数通过达西定律量化流体在单位水力梯度下的渗透速度,计算公式为:
$$ q = K cdot i $$
式中$q$为渗透速度(m/s),$i$为水力梯度,$K$即渗透系数(m/s)。该参数受介质孔隙结构(如土壤颗粒排列)和流体物理性质(如黏滞度、密度)双重影响,例如砂质土壤的渗透系数通常在$10^{-4}$至$10^{-6}$ m/s之间,而黏土可低至$10^{-9}$ m/s。
在工程实践中,美国土木工程师学会(ASCE)建议采用标准试验方法ASTM D2434测定渗透系数。环境工程领域则常用该参数评估污染物迁移速率,如美国环保署(EPA)《地下水运移模型技术指南》明确要求将渗透系数作为污染扩散模型的核心输入参数。
国际标准化组织(ISO 17319:2015)将渗透系数细分为体积渗透系数(volumetric permeability)和质量渗透系数(mass permeability),分别适用于不可压缩流体和可压缩流体的渗透分析。这种分类方法已被中国《岩土工程勘察规范》(GB 50021-2018)采纳,作为工程地质评价的重要指标。
渗透系数是描述岩土体或流体介质透水性能的核心参数,其解释如下:
渗透系数(符号通常为K)表示单位水力梯度下,流体通过多孔介质的渗透速度。具体来说,当水力坡度(I)等于1时,K在数值上等同于渗透流速(q),即符合达西定律公式: $$ q = KI $$ 其中q为渗透速度(m/d),I为无量纲的水力坡度。
常用单位包括米/日(m/d)、厘米/秒(cm/s)等。不同岩土类型的K值差异显著:
渗透率(k)仅反映介质骨架特性,而渗透系数(K)还包含流体性质参数,二者关系为: $$ K = frac{kρg}{η} $$ 例如在水文地质中常用K,而石油领域多用渗透率。
主要用于地下水流速计算、水利工程防渗设计、土壤排水能力评估等场景。
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