什么是土的渗透性?

什么是土的渗透性?

[拼音]：tu de shentouxing

[外文]：seepage behaviour of soil

土是一种多孔介质，由固体颗粒组成的骨架和充填骨架间孔隙的流体（水和空气）所组成（见土的工程性质）。骨架间的孔隙是连通的，孔隙中的流体可以在本身重力和其他外力作用下在孔隙中流动，这就是土中水的渗流运动。对土中水的渗透性的研究是土力学中一个重要课题。它与土的强度、变形等力学特性有紧密联系，土中水的渗透规律是土的本构定律的一个重要组成部分，在许多工程领域有广泛的应用。

土的渗透规律

土中水或空气可以在水头差、电位差、温度差、盐浓度差等势能作用下产生相应的渗流运动，其最终的合成运动就是这些个别运动的向量和。土力学中一般研究在水力梯度作用下孔隙水的渗流运动。

饱和土渗透规律

基本形式是法国工程师H.-P.-G.达西在1855年提出的，其表达式为

v＝-Ki (1)

即渗透流速v与水力梯度i呈线性关系。 比例常数K称为渗透系数，K值由干净砾石的101厘米/秒变化到纯粘土的小于10-9厘米/秒，相差达1010倍以上。

达西定律是均匀不可压缩流体的单向渗流运动方程。可用微分形式推广到二向和三向渗流。一般可以向量形式表达为

q＝-Ki＝-Kgradh (2)

对不均匀流体、可压缩流体、多相流、非饱和渗流等条件下的运动方程，也常采用和达西定律相似的表达式。

土中水的渗流运动可分为层流和紊流两种基本类型，还有一个过渡区，各有不同的渗透规律。一般认为达西定律仅适用于层流区，其适用上限为层流区和过渡区的分界点。在层流区内的细粒土，由于土和土粒表面的相互作用，或细颗粒和气泡在孔隙中移动而使渗透性发生变化，也会使渗流偏离达西定律，尤以小流速、小比降时为甚，此即达西定律适用的下限。实验研究表明，除堆石体、排水体可能超过其适用上限，密实的高塑性粘土或细颗粒可能在孔隙中自由移动的土，也可能有偏离外，土力学中涉及的多数对象，都在达西定律适用范围之内。

超过达西定律上限的非线性规律可表达为

v＝Gim m＝0.5～1.0 (3)

粘土偏离达西定律的非线性规律一般有两种形式，其一认为有一起始比降，小于它时无渗流；另一为v-i关系是通过原点的曲线，不存在起始比降。

非饱和土渗透规律

非饱和土孔隙中同时存在水和空气。高饱和度时，气相封闭在液相之间，形成气封闭系统，只有一个透水性Kw。中等饱和度时，气相和液相都是连通的，形成双开敞系统，有透水性Kw和透气性Ka两个渗透性，要用分别控制孔隙水和气压力的方法，保持渗透过程中结构和饱和度不变，分别予以测定。

流网及渗流

流网包括相互正交的两组曲线，一组是与水流途径相符合的流线，另一组为各点有相同水头的等势线。流网的性质：

（1）相邻流线间的每一流槽，通过的渗流量相同；

（2）两相邻等势线间的水头差相等；

（3）流线与等势线正交；

（4）对均匀土而言，由相邻流线与等势线围成极为近似的正方形；

（5）流网的任一点，等势线间距与水力梯度成反比，而流线间距则与渗透速度成正比。因此，可从流网计算各点的水力梯度、作用水头和渗透水压力，供稳定分析和渗流控制设计之用。

流网图可以用模拟试验和数值计算方法求得，对简单边界条件，也可用理论分析求解，甚至用目测绘制。

土的渗透稳定性

在一定渗透梯度下，无粘性土中的细颗粒随渗透水流移动并带出边界面，或边界上小块土体整体浮动的现象，称土体的渗透变形，前者称管涌，后者称流土，是土体渗透破坏的主要形式，并以临界水力梯度作为判别标准。均匀粉细砂、缺乏中间粒径的砂砾料等，渗透稳定性是较差的。

粘性土渗透破坏的主要形式是边界面上的剥落和沿裂缝的冲刷。其抵抗渗透破坏的能力与粘土矿物、物理化学和结构特性等密切相关：具有稳定胶结的团粒粘土的渗透稳定性好，而不稳定胶结的分散性粘土的渗透稳定性差。

为了保护土体不在边界面上发生管涌、流土、接触冲刷、接触流土等形式的渗透变形现象，常常采用反滤层的工程措施，使渗透水可以自由流出土体，而不将土粒带走，从而提高抗渗能力。70年代以来，用土工织物作为反滤层已逐渐推广应用。

水力劈裂

土体中某点的外加水压力大于该点的小主应力与抗拉强度之和时，即将开裂而使水的渗流量大大增加，而在水压力降低到一定数值时又重新闭合的现象称水力劈裂效应。

在用原位注水试验测定渗透系数时，水压力不应引起土体的水力劈裂，以免得到偏大结果，也不能单纯用钻孔失水作为土体中存在裂缝的佐证。水力劈裂现象还可用以测定原位土体的侧压力，用劈裂灌浆处理不可灌土体等。