3.3.5.1　概述

自由振荡法试验的原理：将钻孔内的水体及其相邻含水层一定范围内的水体视为一个系统，向该系统施加一瞬时压力，再突然释放，系统失去平衡，水体开始振荡。测量和分析这个振荡过程，就是自振法试验研究的内容。在含水层地下水位埋深较大、水泵吸程不够或水量较大、水泵出力不足或水量较小、容易被抽干时，可试用自由振荡法试验。振荡过程可用以下振荡方程来表述：

该振荡方程有两种解：

3.3.5.2　振荡式渗透试验现场工作

野外现场试验包括现场准备、仪器设备安装、试验操作等过程。试验操作步骤为：关闭放气，打开充气阀，接通气压泵电源，向井孔内充气；观察压力表读数和屏幕上显示，判断井孔内水头是否已达到预设要求；待压力表读数或屏幕显示水头曲线相对稳定后迅速打开放气阀。观察压力表读数和屏幕显示的水头曲线变化，用充足的时间使水面恢复到静态水位。

当水面恢复到静态水位并适当延长1～2min后即可结束试验。对于激发方式为注水（抽水）或振荡器激发时，同样可以用数据采集系统记录水头随时间的变化过程。同一钻孔内分段试验时，试验段上下必须用栓塞止水，非试验段用套管封闭，保证只有试验段与含水层有水力联系。试验段必须是在地下水位以下。

3.3.5.3　振荡式渗透试验资料整理及参数计算

试验资料整理应符合下列要求：

（1）用式（3.26）计算振荡体在无阻尼状态下自振时的固有频率：(www.daowen.com)

式中：ωw为固有频率，Hz；g为重力加速度，m/s2；H0为承压水头高度或潜水高出试段顶的高度，m。

ωw为系统的固有频率，其值只与钻孔中试段顶板以上水柱高度有关，对每段试验而言，ωw为一常数。根据自振法试验的振荡波形，确定振荡曲线的类型，即β≥1型或β＜1型。当β≥1时，计算出lg（Wt/W0）-t曲线的斜率m值。将式（3.26）线性化并化简后可知，m为lg（Wt/W0）-t直线的斜率，m值在理论上应为一常数，但实测试验数据计算出的m值并不总是一常数，这是因为在停止向孔内加压后，泄压的前一段时间内，孔内气压不可能突变为零，此时压力传感器测得的压力值是气压与水压的叠加值。随着时间的增加，当气压与大气压相等时，孔内水位则按指数规律振荡，此时段后的m值，从理论上说应是一常数。大量的试验资料证明，此时段后的m值，在较小范围内变化。整理资料时应选用m值变化较小时间段内的数据进行计算，得出平均的m值。

（2）用式（3.27）计算振荡时介质对水由于摩擦力所产生的阻尼系数：

式中：β为阻尼系数；m为lg（Wt/W0）-t直线的斜率；Wt为振荡时钻孔中水位随时间的变化值，m；W0为激发时产生的地下水位最大下降值，m；其余符号意义同前。

阻尼系数β与含水层的水文地质特性密切相关，反映水体在含水层流动时的阻尼特性，它与含水层渗透系数成反比。当β＜1时，不能用一般的代数法求解，使用试算法通过计算机计算效果较好。上述公式（3.27）经变化后得

式中只有β是未知数，由于前提条件是β＜1，故可通过试算法求得使等式左右两边相等时的β值。

（3）用式（3.29）计算含水层的渗透系数：

式中：K为含水层的渗透系数，m/s；l为试验段长度，m；r为钻孔半径，m；μ为含水层的储水系数或给水度；其余符号意义同前。