达西定律-岩土-土力学-土的渗透系数-渗透- GDS-三轴-Darcy

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达西定律 | 土的渗透性

宣布日期：

2024-09-04

摘要

达西定律（Darcy's law）描述饱和土中水的渗流速度与水力坡降之间的线性关系的纪律，又称线性渗流定律。1856年由法国工程师H.P.G.达西通过实验总结获得。达西发明渗流量Q与上下游水头差（h2- h1）和笔直于水流偏向的截面积A成正比，而与渗流长度l成反比，即：Q=K*A*（h2-h1）/l。

达西定律 | 土的渗透性

达西定律丨土的渗透性

一、土的三相组成

在天然状态下，土呈三相系，即由固体颗粒Solic、水Water和空气Air三相所组成。

土的固体颗粒主要由矿物颗粒、有机物颗粒及岩屑颗粒组成土的骨架部分，即固相；土孔隙中的水及其溶解物组成土中液体部分，即液相；空气及其它一些气体组成土中气体部分，即气相。

天然土体中常含有一定命量呈液态、固态或气态的水。一般土需研究液态水，冻土还需研究固态水的含量。土中气态水，对土的性质影响不大，通常不作着重研究。

二、土的渗透性

主要研究不受土粒静电引力作用的水，称为自由水，自由水能在重力作用下移动，也能在外貌张力作用下移动。按其移动所受作用力的差别，自由水可分为重力水和毛细水。自由水的移动形成渗流。

达西定律（Darcy's law）描述饱和土中水的渗流速度与水力坡降之间的线性关系的纪律，又称线性渗流定律。1856年由法国工程师H.P.G.达西通过实验总结获得。1852~1855年，达西进行了水通过饱和砂的实验研究，发明了渗流量Q与上下游水头差（h2- h1）和笔直于水流偏向的截面积A成正比，而与渗流长度l成反比，即：Q=K*A*（h2-h1）/l。

达西定律 | 土的渗透性

三、古板渗透系数测定要领

达西定律丨土的渗透性

达西实验的装置如图所示。装置中的①是横截面积为A的直立圆筒，其上端开口，在圆筒侧壁装有两支相距为l的侧压管。筒底以上一定距离处装一透水石②，透水石上填放颗粒均匀的砂土。水由上端注入圆筒，多余的水从溢水管③溢出，使筒内的水位维持一个恒定值。渗透过砂层的水从短水管④流入量杯中，并以此来盘算渗流量q。设△t时间内流入量杯的水体体积为△V, 则渗流量为q=△V /△t 。同时读取断面1-1和段面2-2处的侧压管水头值h1，h2，Δh为两断面之间的水头损失。

达西剖析了大宗实验资料，发明土中渗透的渗流量q与圆筒断面积A及水头损失△h 成正比，与断面间距l成反比。

四、新型渗透系数测定要领：全自动渗透试验系统

将试样用橡皮膜包裹置于三轴围压液中，可以通过体积压力控制器VPC施加围压，模拟现场差别深度下的渗流情况。通过两个体积压力控制器VPC划分在试样顶部和底部控制值孔压Pore Pressure（反压Back Pressure），实现水头差的控制。

电脑上装置岩土专业控制收罗软件Geosys，对试验历程进行自动控制，数据收罗以后自动纪录，并且盘算出渗透系数。

达西定律 | 土的渗透性 ? ?

与古板方法差别的是：

① 围压可变可控

② 便当对试样进行饱和

③ 便当对试样进行固结

④ 水头压力准确

⑤ 灵活选择变水头、常水头试验

⑥ 自动控制

⑦ 通过电脑进行数据纪录和盘算

五、达西定律适用规模

达西定律是由砂质土体实验获得的，厥后推广应用于其他土体如粘土和具有细裂隙的岩石等。进一步的研究标明，在某些条件下，渗透并纷歧定切合达西定律，因此在实际事情中我们还要注意达西定律的适用规模。

流速的影响：试验标明，当渗透速度较小时，渗透的沿程水头损失与流速的一次方成正比。在一般情况下，砂土、粘土中的渗透速度很小，其渗流可以看作是一种水流流线相互平行的流动——层流，渗流运动纪律切合达西定律，渗透速度v与水力梯度i的关系可在v-i坐标系中体现成一条直线。

从粗颗粒土（如砾、卵石等）的试验结果看, 由于其孔隙很大，当水力梯度较小时，流速不大，渗流可认为是层流, v-i关系成线性变革，达西定律仍然适用。当水力梯度较大时，流速变大，渗流将过渡为不规则的相互混杂的流动形式——紊流,这时v-i关系呈非线性变革, 达西定律不再适用。

颗粒尺寸的影响：颗粒较细的高压缩性土，可自由膨胀的粘性土等的渗透试验标明，它们的渗透保存一个起始水力梯度，这种土只有在抵达起始水力梯度后才华爆发渗透。这类土在爆发渗透后，其渗透速度仍可近似的用直线体现。

别的，级配、温度、丈量要领、丈量系统的选择、实验室条件也会爆发一定的误差。更多详情，接待相互讨论。

六、经验数据

习惯上接纳cm/s, m/s, m/day, cm/day等单位，种种砂土的渗透系数经验值如下：

Description	min (m/s)	max (m/s)
Well graded gravel, sandy gravel, with little or no fines	5x10^-4	5x10^-2
Poorly graded gravel, sandy gravel, with little or no fines	5x10^-4	5x10^-2
Silty gravels, silty sandy gravels	5x10^-8	5x10^-6
Alluvial sand and gravel	4x10^-4	4x10^-3
Clayey gravels, clayey sandy gravels	5x10^-9	5x10^-6
Well graded sands, gravelly sands, with little or no fines	1x10^-8	1x10^-6