土的渗透性与土中渗流

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1、§4.2达西定律总水头：单位重量水体所具有的能量位置水头Z：水体的位置势能（任选基准面）压力水头u/w：水体的压力势能（u孔隙水压力）流速水头V2/(2g)：水体的动能（对渗流多处于层流≈0）渗流的总水头：渗流问题的水头也称测管水头，是渗流的总驱动能，渗流总是从水头高处流向水头低处ABLh1h2zAzBΔh00基准面水力坡降线A点总水头：水力坡降ABLhAhBzAzBΔh基准面水力坡降线B点总水头：二点总水头差：反映了两点间水流由于摩阻力造成的能量损失水力坡降i：单位渗流长度上的水头损失§4.2达西定律达西渗透试验LAh1h2QQ透水石1856年达西(Darcy)在研究

2、城市供水问题时进行的渗流试验§4.2达西定律试验前提：层流试验结果试验装置：如图试验条件:h1，A，L=const量测变量:h2，V，TΔh=h1-h2Q=V/TΔh↑，Q↑A↑，Q↑L↑，Q↓断面平均流速水力坡降在层流状态的渗流中，渗透速度v与水力坡降i的一次方成正比，并与土的性质有关。注意：Av：假想渗流速度，土体试样全断面的平均渗流速度vs：实际平均渗流速度，孔隙断面的平均渗流速度A>AvQ＝vA＝vsAvk:反映土的透水性能的比例系数，称为渗透系数物理意义：水力坡降i＝1时的渗流速度单位：mm/s,cm/s,m/s,m/dayAv渗透定律达西定律的适用范围§4.2

3、达西定律适用条件：层流（线性流动）岩土工程中的绝大多数渗流问题，包括砂土或一般粘土，均属层流范围在粗粒土孔隙中，水流形态可能会随流速增大呈紊流状态，渗流不再服从达西定律。可用雷诺数进行判断：00.51.01.52.02.5达西定律适用范围2.01.51.00.50水力坡降流速(m/h)砾石粗砂中砂细砂极细砂h10dvRe=Re＜5时层流Re＞200时紊流200＞Re＞5时为过渡区达西定律的适用范围在纯砾以上的很粗的粗粒土如堆石体中，在水力坡降较大时，达西定律不再适用，此时：ivoi0两种特例对致密的粘性土，存在起始水力坡降i0？？ivovcri>i0,v=k(i-i0

4、)渗透系数的测定方法常水头试验法变水头试验法井孔抽水试验井孔注水试验§4.3渗透系数的测定方法室内试验方法野外试验方法室内试验方法-常水头试验法试验条件:Δh，A，L=const量测变量:体积V，t适用土类：透水性较大的砂性土i=Δh/LV=Qt=vAtv=kihL土样AVQ室内试验方法-变水头试验法试验条件:Δh变化A，a，L=const量测变量:h，t适用土类：透水性较小的粘性土土样At=t1h1t=t2h2LQ水头测管开关a室内试验方法–小结§4.3渗透系数的测定方法常水头试验变水头试验条件已知测定公式取值Δh=constΔh变化Δh，A，LV，t重复试验

5、后，取均值a，A，LΔh，t不同时段试验，取均值适用粗粒土粘性土§4.3渗透系数的测定方法现场测定法－抽水试验抽水量Qr1r2h1h2井不透水层试验条件:Q=const量测变量:r=r1，h1=？r=r2，h2=？优点：可获得现场较为可靠的平均渗透系数缺点：费用较高，耗时较长观察井A=2rhi=dh/dr计算公式：r抽水量Qr1r2h1h2井不透水层dhdrh地下水位≈测压管水面现场测定法－抽水试验§4.3渗透系数的测定方法粒径大小及级配孔隙比矿物成分结构饱和度（含气量）水的动力粘滞系数渗透系数的影响因素§4.3渗透系数的测定方法是土中孔隙直径大小的主要影响因素因由粗颗

6、粒形成的大孔隙可被细颗粒充填，故土体孔隙的大小一般由细颗粒所控制。因此，土的渗透系数常用有效粒径d10来表示，如哈臣公式：土的性质水的性质粒径大小及级配孔隙比矿物成分结构渗透系数的影响因素§4.3渗透系数的测定方法是单位土体中孔隙体积的直接度量对于砂性土，常建立孔隙比e与渗透系数k之间的关系，如：渗透系数的影响因素土的性质水的性质粒径大小及级配孔隙比矿物成分结构§4.3渗透系数的测定方法对粘性土，影响颗粒的表面力不同粘土矿物之间渗透系数相差极大，其渗透性大小的次序为高岭石>伊里石>蒙脱石；塑性指数Ip综合反映土的颗粒大小和矿物成份，常是渗透系数的参数渗透系数的影响因素土的

7、性质水的性质粒径大小及级配孔隙比矿物成分结构§4.3渗透系数的测定方法影响孔隙系统的构成和方向性，对粘性土影响更大在宏观构造上，天然沉积层状粘性土层，扁平状粘土颗粒常呈水平排列，常使得k水平﹥k垂直在微观结构上，当孔隙比相同时，凝聚结构将比分散结构具有更大的透水性渗透系数的影响因素土的性质水的性质粒径大小及级配孔隙比矿物成分结构§4.3渗透系数的测定方法饱和曲线含水量wWop干容重dmax1含水量w渗透系数k絮状结构分散结构渗透系数的影响因素土的性质水的性质粒径大小及级配孔隙比矿物成分结构§4.3渗透系数的测定方法hH