土的滲透性，土是一種多孔介質，由固體顆粒組成的骨架和充填骨架間孔隙的流體（水和空氣）所組成（見土的工程性質）。
基本介紹
- 中文名：土的滲透性
- 所屬學科：土力學
骨架間的孔隙是連通的，孔隙中的流體可以在本身重力和其他外力作用下在孔隙中流動，這就是土中水的滲流運動。對土中水的滲透性的研究是土力學中一個重要課題。它與土的強度、變形等力學特性有緊密聯繫，土中水的滲透規律是土的本構定律的一個重要組成部分，在許多工程領域有廣泛的套用。土的滲透規律 土中水或空氣可以在水頭差、電位差、溫度差、鹽濃度差等勢能作用下產生相應的滲流運動，其最終的合成運動就是這些個別運動的向量和。土力學中一般研究在水力梯度作用下孔隙水的滲流運動。飽和土滲透規律 基本形式是法國工程師H.-P.-G.達西在1855年提出的，其表達式為v＝-Ki(1)即滲透流速v與水力梯度i呈線性關係。比例常數K稱為滲透係數，K值由乾淨礫石的101厘米/秒變化到純粘土的小於10-9厘米/秒，相差達1010倍以上。達西定律是均勻不可壓縮流體的單向滲流運動方程。可用微分形式推廣到二向和三向滲流。一般可以向量形式表達為q＝-Ki＝-Kgradh (2)對不均勻流體、可壓縮流體、多相流、非飽和滲流等條件下的運動方程，也常採用和達西定律相似的表達式。土中水的滲流運動可分為層流和紊流兩種基本類型，還有一個過渡區，各有不同的滲透規律。一般認為達西定律僅適用於層流區，其適用上限為層流區和過渡區的分界點。在層流區內的細粒土，由於土和土粒表面的相互作用，或細顆粒和氣泡在孔隙中移動而使滲透性發生變化，也會使滲流偏離達西定律，尤以小流速、小比降時為甚，此即達西定律適用的下限。實驗研究表明，除堆石體、排水體可能超過其適用上限，密實的高塑性粘土或細顆粒可能在孔隙中自由移動的土，也可能有偏離外，土力學中涉及的多數對象，都在達西定律適用範圍之內。超過達西定律上限的非線性規律可表達為v＝Gim m＝0.5～1.0 (3)粘土偏離達西定律的非線性規律一般有兩種形式，其一認為有一起始比降，小於它時無滲流；另一為v-i關係是通過原點的曲線，不存在起始比降。非飽和土滲透規律 非飽和土孔隙中同時存在水和空氣。高飽和度時，氣相封閉在液相之間，形成氣封閉系統，只有一個透水性Kw。中等飽和度時，氣相和液相都是連通的，形成雙開敞系統，有透水性Kw和透氣性Ka兩個滲透性，要用分別控制孔隙水和氣壓力的方法，保持滲透過程中結構和飽和度不變，分別予以測定。流網及滲流 流網包括相互正交的兩組曲線，一組是與水流途徑相符合的流線，另一組為各點有相同水頭的等勢線。流網的性質：①相鄰流線間的每一流槽，通過的滲流量相同；②兩相鄰等勢線間的水頭差相等；③流線與等勢線正交；④對均勻土而言，由相鄰流線與等勢線圍成極為近似的正方形；⑤流網的任一點，等勢線間距與水力梯度成反比，而流線間距則與滲透速度成正比。因此，可從流網計算各點的水力梯度、作用水頭和滲透水壓力，供穩定分析和滲流控制設計之用。流網圖可以用模擬試驗和數值計算方法求得，對簡單邊界條件，也可用理論分析求解，甚至用目測繪製。土的滲透穩定性 在一定滲透梯度下，無粘性土中的細顆粒隨滲透水流移動並帶出邊界面，或邊界上小塊土體整體浮動的現象，稱土體的滲透變形，前者稱管涌，後者稱流土，是土體滲透破壞的主要形式，並以臨界水力梯度作為判別標準。均勻粉細砂、缺乏中間粒徑的砂礫料等，滲透穩定性是較差的。粘性土滲透破壞的主要形式是邊界面上的剝落和沿裂縫的沖刷。其抵抗滲透破壞的能力與粘土礦物、物理化學和結構特性等密切相關：具有穩定膠結的團粒粘土的滲透穩定性好，而不穩定膠結的分散性粘土的滲透穩定性差。為了保護土體不在邊界面上發生管涌、流土、接觸沖刷、接觸流土等形式的滲透變形現象，常常採用反濾層的工程措施，使滲透水可以自由流出土體，而不將土粒帶走，從而提高抗滲能力。70年代以來，用土工織物作為反濾層已逐漸推廣套用。水力劈裂 土體中某點的外加水壓力大於該點的小主應力與抗拉強度之和時，即將開裂而使水的滲流量大大增加，而在水壓力降低到一定數值時又重新閉合的現象稱水力劈裂效應。在用原位注水試驗測定滲透係數時，水壓力不應引起土體的水力劈裂，以免得到偏大結果，也不能單純用鑽孔失水作為土體中存在裂縫的佐證。水力劈裂現象還可用以測定原位土體的側壓力，用劈裂灌漿處理不可灌土體等。
