
【化】 osmotic coefficient
滲透系數(Permeability Coefficient)是流體力學與水文地質學中描述多孔介質滲透能力的核心參數,其英文對應術語為"hydraulic conductivity"或"permeability coefficient"。該參數通過達西定律量化流體在單位水力梯度下的滲透速度,計算公式為:
$$ q = K cdot i $$
式中$q$為滲透速度(m/s),$i$為水力梯度,$K$即滲透系數(m/s)。該參數受介質孔隙結構(如土壤顆粒排列)和流體物理性質(如黏滞度、密度)雙重影響,例如砂質土壤的滲透系數通常在$10^{-4}$至$10^{-6}$ m/s之間,而黏土可低至$10^{-9}$ m/s。
在工程實踐中,美國土木工程師學會(ASCE)建議采用标準試驗方法ASTM D2434測定滲透系數。環境工程領域則常用該參數評估污染物遷移速率,如美國環保署(EPA)《地下水運移模型技術指南》明确要求将滲透系數作為污染擴散模型的核心輸入參數。
國際标準化組織(ISO 17319:2015)将滲透系數細分為體積滲透系數(volumetric permeability)和質量滲透系數(mass permeability),分别適用于不可壓縮流體和可壓縮流體的滲透分析。這種分類方法已被中國《岩土工程勘察規範》(GB 50021-2018)采納,作為工程地質評價的重要指标。
滲透系數是描述岩土體或流體介質透水性能的核心參數,其解釋如下:
滲透系數(符號通常為K)表示單位水力梯度下,流體通過多孔介質的滲透速度。具體來說,當水力坡度(I)等于1時,K在數值上等同于滲透流速(q),即符合達西定律公式: $$ q = KI $$ 其中q為滲透速度(m/d),I為無量綱的水力坡度。
常用單位包括米/日(m/d)、厘米/秒(cm/s)等。不同岩土類型的K值差異顯著:
滲透率(k)僅反映介質骨架特性,而滲透系數(K)還包含流體性質參數,二者關系為: $$ K = frac{kρg}{η} $$ 例如在水文地質中常用K,而石油領域多用滲透率。
主要用于地下水流速計算、水利工程防滲設計、土壤排水能力評估等場景。
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