土骨架中含有连通的孔隙,孔隙中包含有流体,这些流体在势能差的作用下会在孔隙中流动,这就是土中的渗流。土具有被水等液体透过的性质称为土的渗透性。反映土体透水性能的比例系数,称为土体的渗透系数。
地下水在土中沿着孔隙流动,在岩石中沿着裂隙或洞穴流动。地下水的运动有层流和紊流两种形式。
在水利和土木工程中,绝大多数渗流,无论是发生于砂土中或一般的黏性土中,均属于层流范围,符合达西线性渗透定律:
发生在纯砾以上很粗的土体(如堆石体)中的渗流,且水力坡降较大时,渗流的流态已是紊流,达西定律不再适用。
发生在黏性很强的致密黏土中的渗流,这类土的渗透特性也偏离达西定律。
下图是渗透速度与水力坡降的关系曲线。
渗透系数可通过室内试验(常水头渗透试验、变水头渗透试验)、现场试验(抽水试验、注水试验)和经验值或经验公式确定。
渗透系数受粒径大小与级配、孔隙比、矿物成分、结构、饱和度和温度等影响较大,即使同一土类的土体渗透系数,其数值也存在差异,以下是不同相关教材的土体渗透系数表格。
渗透系数是代表土渗透性强弱的定量指标,据此可将土的渗透性划分为透水、弱透水、不透水等,但没有明确的数值界限,以下是不同学者根据渗透系数对土的渗透性的评价。
当渗透系数以 m/d为单位时,可参考文中表4.4.2进行渗透性评价。
在工程中,常以渗透系数1.0cm/s、10-4cm/s、10-9cm/s作为三个重要的界限值。1.0cm/s是常见水力梯度下层流与紊流的界限值;10-4cm/s是排水良好与排水不良的界限值;10-9cm/s是土的渗透系数的下限值。
(1m/d=1.1574×10-3cm/s≈1×10-3cm/s,1cm/s=3.1536×107cm/年≈3×107cm/年)
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