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土的渗透性

2020-04-09 21:01

土体透水性强弱的性质。最早,法国工程师达西(H.P.G.Darcy)在垂直圆管中进行了通过饱和砂的渗透试验,发现渗流量(Q)与上、下水头差(h1-h2)和垂直于水流方向的截面积(A)成正比,而与渗流长度(L)成反比,即

若用单位时间内流过单位面积的水量表示流速,则达西定律可表示为

式中,i为水力坡降,即沿流程L的水头损失率;h为测压管水头,它是压力水头与位置高度之和;K为渗透系数,它与土体颗粒的组成和受温度影响的流体黏滞性有关。

图1 达西定律适用范围

达西定律只能适用于线性阻力关系的层流运动,当渗流速度或水力坡降增大时,由于惯性力增加,会使i—v的直线变化渐转为曲线。图1所示的实验结果表明达西定律适用范围的上限。至于达西定律的下限,则终止于黏土中微小流速的渗流,它是由于土粒周围结合水薄膜的影响显著,只有在较大的水力坡降作用下,突破结合水的堵塞才开始发生渗流,所以存在一个起始坡降问题。其实验结果如图2所示,在开始渗流时不符合达西定律。因此严格地说,达西定律的适用范围有限。不过自然状态的土中渗流基本上符合层流规律,而且在工程上的急变区渗流与整个渗流场相比,这些超出达西定律的局部区域通常不大,故一般仍按照达西定律处理问题。

达西定律中渗透系数(K)值是代表渗透性、研究渗流问题的一个重要参数。K值与土体骨架颗粒的组成和受温度影响的流体黏滞性有关。K值的测定方法有室内试验与野外原位试验。对强透水性的砂性土在室内可用常水头试验方法;对弱透水性的黏性土则可采用变水头试验方法。野外原位试验有钻孔抽水或注水试验,能代表较大范围土体的平均渗透性,较为可靠,但花费较大。也可利用一些简便的装置进行原位试验,例如圆环、或立管法以及钻孔法与测压管法等。各种土类的K值,作为粗略估计,可查下表。

图2 黏土的渗透

由于搬运、沉积形成的天然土,在不同程度上都有些非均质和各向异性。成层土和分层碾压的土坝,其水平渗透性均大于垂直渗透性;黄土的水平渗透性则小于垂直渗透性。各向异性渗透性的测定方法,通常是取不扰动土样在室内改变其方向,分别进行渗透试验。也可以在野外进行原位试验,即对抽水试验加以修正,在几个垂直观测孔内装置不同深度的观测点,把同一时刻的水面降深资料进行图解分析,从围绕抽水井附近的等水头线分布或渗透性方向椭圆来确定各向异性程度。水平渗透性大于垂直渗透性的各向异性,能使土坝的浸润线抬高和闸坝基底的扬压力增大,较之各向同性的渗透危害性更大。

土类的渗透系数K值

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