关于土渗透系数颗粒流细观参数研究
土的渗透试验和渗透系数
土的渗透试验和渗透系数土的渗透试验和渗透系数2010-04-1511:04由达西定律可知土的渗透系数k反映了土的渗透性能是渗流计算用到的必须指标它的大小可通过试验或经验决定试验可在实验室或现场进行而室内测定渗透系数有常水头法和变水头法 1.室内常水头渗透试验常水头渗透试验装置的示意图如图2-4所示与达西渗透试验装置相似。
在圆柱形试验筒内装置土样土的截面积为A即试验筒截面积在整个试验过程中土样上的水头保持不变。
在土图2-4常水头试验装置图2-5变水头试验装置样中选择两点1、2两点的距离为L.分别在两点设置测压管。
试验开始时水自上而下流经土样待渗流稳定后测得在时间t内流过土样的流量为Q并同时读得两测压管的水头差为△h。
则单位时间内渗流量由达西定律从而可求得土样渗透系数2-4 常水头渗透试验适用于测量砂土渗透系数对于粘性土由于渗透系数很小应采用变水头法测量其渗透系数。
2.变水头渗透试验变水头渗透试验装置如图2-5所示。
土样的截面积为A高度为L。
试验筒上设置储水管储水管截面积为a试验开始时储水管水头为h1经过时间t后水头降为h2令在时间dt内水头降低了dh则在dt时间内通过土样的流水量为由达西定律在dt时段内流经试样的渗水量又可表示为由以上两式可得对上式两边取积分并整理后可得可得土渗透系数为2-5 式2-5中的a、L、A为己知试验时只要量测与时刻t1、t2对应的水位h1、h2就可求出渗透系数。
3.现场抽水试验对于粗颗粒土或成层土室内试验时不易取得原状土样或者土样不能反映天然土层的层次或土颗粒排列情况这时从现场试验得到的渗透系数将比室内试验准确。
图2-6为一现场井孔抽水试验示意图。
在试验现场沉入1根抽水井管穿过要测定k值的砂土层并在距井中心不同距离处设置一个或两个观测孔然后自井中以不变的速率连续进行抽水抽水造成井周围的地下水位逐渐下降形成一个以井孔为轴心的降落漏斗状的地下水面。
测定水头差形成的水力梯度使水流向井内。
土的渗透性和渗流问题.
土的渗透性和渗流问题第一节 概述土是由固体相的颗粒、孔隙中的液体和气体三相组成的，而土中的孔隙具有连续的性质，当土作为水土建筑物的地基或直接把它用作水土建筑物的材料时，水就会在水头差作用下从水位较高的一侧透过土体的孔隙流向水位较低的一侧。
渗透：在水头差作用下，水透过土体孔隙的现象渗透性：土允许水透过的性能称为土的渗透性。
水在土体中渗透，一方面会造成水量损失，影响工程效益；另一方面将引起土体内部应力状态的变化，从而改变水土建筑物或地基的稳定条件，甚者还会酿成破坏事故。
此外，土的渗透性的强弱，对土体的固结、强度以及工程施工都有非常重要的影响。
本章将主要讨论水在土体中的渗透性及渗透规律，以及渗透力渗透变形等问题。
第二节 土的渗透性一、土的渗透规律——达西定律(一)渗流中的总水头与水力坡降液体流动的连续性原理：（方程式）dw v dw v w w ⎰⎰=2211 2211v w v w =1221w w v v = 表明：通过稳定总流任意过水断面的流量是相等的；或者说是稳定总流的过水断面的 平均流速与过水断面的面积成反比。
前提：流体是连续介质流体是不可压缩的；流体是稳定流，且流体不能通过流面流进或流出该元流。
理想重力的能量方程式（伯努利方程式1738年瑞士数学家应用动能定理推导出来的。
）c gv r p Z =++22饱和土体空隙中的渗透水流，也遵从伯努利方程，并用水头的概念来研究水体流动中 的位能和动能。
水头：实际上就是单位重量水体所具有的能量。
按照伯努利方程，液流中一点的总水头h ，可以用位置水头Z ，压力水头U/r w 和流速水 头V 2/2g 之和表示，即gv r u Z h w 22++= 4-1 此方程式中各项的物理意义均代表单位重量液体所具有的各种机械能，而其量纲都是 长度。
图22表示渗流在水中流经A ，B 两点时，各种水头的相互关系。
按照公式（4－1），A,B 两点的总水头可分别表示为：gv r u Z h A w A A A 22++= gv r u Z h B w B B B 22++= h h h B A ∆+=式中：Z A ，Z B ：为A ，B ，两点相对于任意选定的基准面的高度，代表单位重量液体 所具有的位能（位置高度）故称Z 为位置水头。
粗粒土颗粒渗透系数计算模型的研究
1 .1 管流方程
如果只有一根“管子”, 在层流状态下,“管子”中的
流动满足 Poiseulle 定律
q
=
πr 4 Δp 8 μτΔl
( 1)
式中: q — 渗流流量, m3/ s ;
τ—“管 子” 的 迂 曲 度 ;
K— 介质渗透率,m2 ;
Δp —“管子”两端压差, 即流动压差,Pa ;
μ— 流体的黏度,Pa ·s ;
ΔL —“管子”的长度.
若有 m×n ×L 个颗粒规则菱形排列时, 形成的形
成2 × m × n“管子”管流, 其总流量为:
Q=
∑q
=
2
× m ×n
πr 4 Δp 8 μτΔl
( 2)
104
浙 江 水 利 水 电 专 科 学 校 学报
第21 卷
1 .2 渗流方程
在层 流状 态 下, 多 孔介 质 中 的流 动 满足 Darcy 定
Abstract :Permeability coefficient is the most basi c and i mportant parameter in seepage analysis , and the research on fl owfactor model of coarse-grai ned soil particles provi de a relati vely accurate and reliable data for engineeri ng design . The paper introduces the per meability coefficient cal culati on model of coarse-grained soil particles fluid based on the i deal percol ation model of the compact ball , converting coarse- grai ned soil particl es with different gradationto equi valent size . The computi ng model betweenthe flowcoefficient andthe equi valent size of coarse-grained soil parti cles is established accordi ng to theoreti cal analysis , and the accuracy of the model is also verified through the measured data , which provi des a new way for the further calcul ati ng study onthe i ntegrated flow coeffici ents of porous medium with groups of parti cle sizes . Key words : coarse-grai ned soil particl es ; computi ng model ; permeability coeffici ent
粗粒类土的渗透系数与级配特征粒径的关系研究
粗粒类土的渗透系数与级配特征粒径的关系研究渗透系数是粗粒类土工程特性的重要指标，文章在分析计算粗粒类土的渗透系数的常用公式基础上，通过对我国诸多学者在各地区对不同粗粒类土的渗透试验资料的研究，提出了粗粒类土的渗透系数与级配特征粒径之间的经验公式，从而揭示了粗粒类土的级配特征粒径对渗透系数的影响规律。
Key words：coarse-grained soil; permeability coefficient; characteristic particle size; formula粗粒类土是按工程分类标准定名的一类土。
国家标准《土的工程分类标准GB/T 50145-2007》、行业标准《土工试验规程SL 237-1999》、《水电水利工程土工试验规程DL/T 5355-2006》等将巨粒组土粒（d>60mm）质量小于或等于总质量15%，且巨粒组土粒与粗粒组土粒（60mm≥d>0.075mm）质量之和多余总质量50%的土定名为粗粒类土。
在粗粒类土中砾粒组（d>2mm）质量大于总质量50%的土称砾类土，砾粒组质量小于或等于总质量50%的土称砂类土。
交通部行业标准《公路土工试验规程JTG E40-2007》将前述粗粒类土称为粗粒土。
粗粒类土在工程建设中经常遇到，应用十分广泛。
它不但可作为建筑材料直接应用于工程建设，而且还是一些工程建设不可回避的外部环境或工程地质问题。
因对粗粒类土的渗透特性认识不足而发生工程事故的事件不少，比如美国提堂（Teton）坝的溃决;方坦奈耳（Fontenelle）坝的渗透破坏;1975年8月中国淮河上游，由于渗透破坏发生板桥、石漫滩水库群垮坝事件，水库垮坝计58座。
由此可见，对粗粒类土的工程特性，尤其是对工程不利方面的渗透特性认识有待进一步加深，以便在最节约的前提下采取相应的工程措施，使工程建设更加安全。
粗粒类土的渗透系数是表征土体被水透过的能力的渗透特性参数，它的大小与土体中孔隙的大小、多少以及连通情况等有关。
土渗透试验实验报告
土渗透试验实验报告一、实验目的本实验旨在通过土渗透试验，测定土样的渗透系数，从而评估土体的水文地质特性，为工程设计和施工提供科学依据。
二、实验原理土渗透试验基于达西定律，即单位时间内通过单位面积土体的水量与水力梯度成正比。
通过测量不同水头差下的流速，可以计算土样的渗透系数。
三、实验材料与设备1. 土样：选取代表性的土样，确保其干燥度和颗粒组成均匀一致。
2. 渗透仪：包括固定土样的容器、水头差控制装置和流量测量装置。
3. 量筒、天平、秒表等辅助测量工具。
四、实验步骤1. 准备土样：将土样在标准条件下进行预处理，确保其达到所需的干密度和含水量。
2. 安装土样：将预处理后的土样均匀填充到渗透仪中，并确保土样与容器接触紧密。
3. 调整水头差：通过控制装置调整上下游的水头差，确保水头差在安全范围内。
4. 测量流量：开启水流，使用量筒和秒表记录一定时间内通过土样的水量。
5. 重复实验：改变水头差，重复测量，以获取多个数据点。
五、实验结果实验过程中，记录了不同水头差下的流量数据，通过达西定律计算得到土样的渗透系数。
实验结果表明，土样的渗透系数为\[ k =\frac{Q}{A(H_1 - H_2)/L} \]，其中\( Q \)为流量，\( A \)为土样的横截面积，\( H_1 \)和\( H_2 \)分别为上游和下游的水头，\( L \)为土样的长度。
六、结果分析根据实验结果，分析土样的渗透性，评估其在实际工程中的适用性。
渗透系数的大小反映了土体的渗透能力，对于设计排水系统、评估地下水流动等具有重要意义。
七、结论通过本次土渗透试验，我们成功测定了土样的渗透系数，并对其水文地质特性有了初步的了解。
实验结果将为后续的工程设计和施工提供重要的参考依据。
八、建议建议在实际应用中，根据土样的具体特性和工程需求，进一步优化土渗透试验的条件和方法，以获得更为准确的实验数据。
请注意，以上内容是一个模板性质的实验报告，实际实验报告应根据具体的实验条件、数据和结果进行编写。
土的渗透性和渗流问题和测定方法
常用的方法有：解析法、数值法和水电比拟法三种 对于边界条件比较简单的渗流可采用解析法 对于边界条件较复杂的渗流采用数值法和比拟法 任何一种计算方法的结果都可以用流网来表示
第三章 土的渗透性与渗流问题
§3.5 渗透力与渗透变形
一、渗透力
水在土体中流动时，会力图拖曳土粒而消耗部分能量 引起水头的损失 渗透力——渗透水流施加于单位土粒上的拖曳力
常用的有注水（压水）试验和抽水试验两种 实验原理都是通过几个井,一个作为实验井,其它 作为观察井,抽水或注水后,地下水位会发生变化, 可以推算出渗透系数,实验费用较高
§3.3 渗透系数及其测定方法
2、室内渗透试验
a.常水头试验————整个 试验过程中水头保持不变, 适用于透水性大的土，例如
砂土（k>10-3cm/s）
lg
160 52
2.09 105 cm/s
第三章 土的渗透性与渗流问题
§3.4 二维渗流与流网
工程中遇到的渗流问题,边界条件要复杂的多,水流 在形态上往往是二维或是三维的。
如：闸基的渗流、土坝的渗流等
a
c
b
上游
浸润线 下游
流线 等势线
§3.4 二维渗流与流网
一、平面渗流的基本方程
达西渗透定律二维形式如下：
J F whA
§3.5 渗透力与渗透变形
渗流作用于单位土体的力
j
J AL
whA
AL
i w
说明：渗透力j是渗流对单位土体的作用力，是一种
体积力，其大小与水力坡降成正比，作用方向与渗流
方向一致，单位为kN/m3
§3.5 渗透力与渗透变形
渗流力的存在，将使土体内部受力发生变化，这种 变化对土体稳定性有显著的影响
细粒土渗透实验报告
细粒土渗透实验报告实验目的本实验旨在通过对细粒土的渗透性能进行实验研究，了解细粒土在不同条件下的渗透性能，为岩土工程设计提供数据支持。
实验原理渗透性实验是通过模拟水在土体中的渗透过程，测量渗透液的流量和水头下降以评估土体的渗透性能。
本实验采用恒水头法进行研究，即固定水头并测量渗透液的流量。
实验装置和材料实验装置包括水桶、细粒土样、渗透仪、水头计和计时器等。
实验使用细粒土样，其颗粒直径小于0.075mm，按照标准规范进行取样和筛分。
实验步骤1. 准备细粒土样：将细粒土样收集后进行筛分，选择表观密度较大的细粒土样进行实验。
2. 准备土样：将细粒土样压实到规定的密度，并保持土样充分湿润。
3. 安装渗透仪：将已湿润的细粒土样装入渗透仪，并固定好。
4. 调整水头：通过调整水桶或水头计的高度，使得水头保持恒定。
（注：水头的选择根据所需的实验条件和设计要求确定）5. 测量水头和流量：开始实验后，方便测量水头和记录流量随时间的变化。
6. 实验数据处理：根据实验记录的数据，计算渗透速度、渗透系数等参数。
实验结果根据实验数据，我们得到了以下结果：时间（分钟）渗透液流量（mL）- -0 05 1010 2015 3020 3525 3830 40根据计算，我们得到了以下参数：- 渗透速度：渗透液流量随时间的变化速率。
- 渗透系数：标志土体渗透性能的参数。
结论通过实验我们得到了细粒土在不同条件下的渗透性能数据，并计算了相应的渗透速度和渗透系数。
根据实验结果可以得出以下结论：1. 随着时间的增加，渗透液流量逐渐增加，说明细粒土的渗透性能较好。
2. 渗透速度和渗透系数能够客观地反映细粒土的渗透性能，为岩土工程设计提供参考。
展望本实验的结果为进一步研究细粒土的渗透性能提供了基础。
未来的研究中可以通过改变细粒土的颗粒大小、湿润度等条件，并结合不同的实验方法，对细粒土的渗透性能进行更加详细和全面的研究。
参考文献1. [《岩土工程学》第三版](2. [《土工试验方法规程》](。
细粒土渗透特性的影响因素试验研究
细粒土渗透特性的影响因素试验研究土的渗透特性及渗流的基本规律是岩土工程中的一个重要的研究课题。
由于以往对粘性土的渗透性认识不足,细粒土(尤其是粘性土)渗透系数的计算值通常与实际工程参数之间存在着一定的差异。
故本文考虑结合水的影响,对粗粒土渗透系数计算公式进行修正,得到适用于细粒土的渗透系数计算公式,提出了粗粒土与细粒土渗透系数统一计算公式。
进一步运用室内渗透试验、模型试验及数值模拟对修正后渗透系数计算公式的合理性进行验证,结果表明修正后的科森-卡门渗透系数经验公式更加适用于细粒土。
主要工作及成果如下:(1)一般情况下,细粒土的渗透系数直接采用计算粗粒土渗透系数的公式或经验公式计算。
但是直接运用粗粒土渗透系数公式所得细粒土计算值与实测值之间存在较大差距,甚至存在数量级的差异。
因此,粗粒土渗透系数的经验公式必须修正和改进才能应用于细粒土,以实现粗粒土和细粒土渗透系数经验公式的统一。
经过对比分析,科森-卡门渗透系数经验公式与本研究的内容更为一致。
因此,采用科森-卡门渗透系数经验公式作为计算粗粒土渗透系数的公式。
在此基础上进行修正,以获得适用于细粒土的科森-卡门渗透系数经验公式;(2)与粗粒土相比,细粒土中的孔隙被结合水占据的比例较大,这部分结合水具有类似于固体的性质,渗流液体不能通过其间产生渗流,从而减小了细粒土中的有效渗流通道,正是由于这部分被结合水所占据的无效孔隙的存在,出现了细粒土的孔隙比较大而渗透系数反而比粗粒土更小的现象。
因此,本文提出了有效孔隙比的概念。
为了量化有效孔隙比,推导出有效孔隙比的计算公式,并将科森-卡门渗透系数经验公式中的孔隙比全部用有效孔隙比进行替换,得到修正后的适用于细粒土的科森-卡门渗透系数经验公式;(3)为了验证推导出来的适用于细粒土的科森-卡门渗透系数经验公式的合理性,本文选用四种土进行室内渗透系数测定试验。
在进行室内渗透试验之前需对试验所用四种土,即宁夏砂土、宁夏砂壤土、西安北客站黄土以及湖南衡阳软粘土进行基础参数的测定,包括四种土的比重、颗粒级配、最优含水率、最大干密度以及液塑限。
粗粒土的颗粒级配对渗透系数的影响规律研究_朱崇辉
【水利水电工程】粗粒土的颗粒级配对渗透系数的影响规律研究朱崇辉,刘俊民,王增红(西北农林科技大学水利与建筑工程学院,陕西杨凌712100)摘 要:通过对不同级配粗粒土的渗透试验研究和相关性分析,指出粗粒土的渗透系数与反映其颗粒级配特征的不均匀系数和曲率系数存在较大的相关性,并以太沙基公式为例,将原有公式修正为与级配参数相关的函数表达式,从而体现出粗粒土渗透系数与级配特征的关系,为粗粒土的工程特性进行了有益的进一步探索性研究。
关 键 词:粗粒土;不均匀系数;曲率系数;渗透系数;粒径中图分类号:TV443;TV223.6 文献标识码:A 文章编号:10001379(2005)12007903 粗粒土是按工程分类标准定名的一类土,其划分标准各不相同,同一国家的不同部门或行业在划分界限的采用上也存在一定的差异。
我国水利部行业标准和国家标准把60mm>d>0.075mm的含量大于50%的土划分为粗粒土,且细分为粗粒类土、砾类土和砂土[1]。
渗透系数是渗流分析中最基本的也是非常重要的计算参数,目前国内外对渗透系数的选用主要是通过试验获取。
试验方法所取得的参数相对准确可靠,但需要花费大量的人力物力和财力。
而且,并非所有的工程项目都具备试验条件,有时需要依据经验选取。
这种情况下在试验基础上建立起来的经验计算公式就显得尤为重要。
1 国内外研究现状1852～1856年,法国工程师达西(H.D a rcy)对非黏性土的渗透试验研究得出:水流在土体中的渗流速度与水力坡降成正比,即著名的达西定律[2]:v=K J式中:K为渗透系数,c m/s;J为渗透坡降。
J=H1-H2L式中:H1为上游水头,c m;H2为下游水头,cm;L为渗透路径,c m。
渗透系数是一个具有多重意义的土工参数,它的大小主要反映土体中孔隙的大小、多少以及连通等构成情况。
孔隙的构成情况又由土的矿物成分、级配、形状、排列状况、细料含量决定,另外还与水温、水中气体含量有关。
实验一土壤渗透性的测定
实验⼀⼟壤渗透性的测定实验⼀⼟壤渗透性的测定⽬的要求径流对⼟壤的侵蚀能⼒主要取决于地表径流量，⽽透⽔性强的⼟壤往往在很⼤程度上减少地表径流量。
⼟壤透⽔性强弱常⽤渗透率（或渗透系数）表⽰。
当渗透量达到⼀个恒定值时的⼊渗量即为稳渗系数。
通过本次实验，掌握测定⼟壤渗透性的基本原理和操作⽅法。
基本原理由图可以看出，在降⾬初期⼀段时间（⼏分钟）内，⼟壤渗透速率较⾼，降⾬量全部渗⼊⼟壤，此时⼟壤的渗透速率和降⽔速率等值，没有地表径流产⽣。
随着降⾬时间延长、⼟壤含⽔量增⾼，渗透速率逐渐降低，当渗透速率⼩于降⽔速率时，地表产⽣径流。
仪器设备环⼑(200cm3,,Φ，量筒(100及50ml)，烧杯(100ml)，漏⽃、漏⽃架、秒表等。
⽅法步骤⼀、在室外⽤环⼑取原状⼟，带回实验室内，将环⼑上、下盖取下，下端换上有⽹孔且垫有滤纸的底盖并将该端浸⼊⽔中，同时注意⽔⾯不要超过环⼑上沿。
⼀般砂⼟浸4～6h，壤⼟浸8～12h，粘⼟浸24h。
⼆、到预定时间将环⼑取出，在上端套上⼀个空环⼑，接⼝处先⽤胶布封好，再⽤熔蜡粘合，严防从接⼝处漏⽔，然后将结合的环⼑放在漏⽃上，架上漏⽃架，漏⽃下⾯承接有烧杯。
三、往上⾯的空环⼑中加⽔，⽔层5cm ，加⽔后从漏⽃滴下第⼀滴⽔时开始计时，以后每隔1，2，3，5，10，……t i ……t n min 更换漏⽃下的烧杯(间隔时间的长短，视渗透快慢⽽定，注意要保持⼀定压⼒梯度)分别量出渗⼊量Q 1，Q 2，Q 3，Q 5……Q n 。
每更换⼀次烧杯要将上⾯环⼑中⽔⾯加⾄原来⾼度，同时记录⽔温(℃)。
四、试验⼀般时间约1h ，渗⽔开始稳定，否则需继续观察到单位时间内渗出⽔量相等时为⽌。
结果计算⑴渗出⽔总量(Q) )1(10)(321)( SQ Q Q Q Q n mm ?+++=式中：n Q Q Q Q ,,,321----------每次渗出⽔量ml ，即cm 3S-----------渗透筒的横断⾯积cm 2由cm 换算成mm 所乖的倍数这样就可算出当地⾯保持5cm ⽔层厚度时，在任何时间内渗出⽔的总量。
土力学土的渗透性与渗透问题
设饱和土体内某一研究平面的 总面积为A，其中粒间接触面积之 和为As ,则该平面内由孔隙水所占 面积为 Aw ＝A－As.若由外荷(和/或 自重)在该研究平面上所引起的法 向总应力为,如图所示，那么，它 必将由该面上的孔隙水和粒间接触 面共同来分担，即该面上的总法向 力等于孔隙水所承担的力和粒间所 承担的力之和，于是可以写成：
式中，右端第一项Psv/A为全部竖向 粒间作用力之和除以横断面积A，它 代表全面积A上的平均竖直向粒间应力，并定义为有效应力，习惯上用 ‘ 表示。有端第二项中的As/A，试验研究表明，粒间接触面积As不超过 0.03A，故 As/A可忽略不计。于是上式可简化为:
＝‘ 十 u 即为著名的有效应力原理
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(1)几何条件 土中粗颗粒所构成的孔隙直径必须大于细颗粒的直径，才可能让细 颗粒在其中移动，这是管涌产生的必要条件。 (2)水力条件 渗透力能够带动细颗粒在孔隙间滚动或移动是发生管涌的水力条件， 可用管涌的水力坡降表示。 流土现象发生在土体表面渗流渗出处，不发生在土体内部。而管涌 现象可以发生在渗流逸出处，也可以发生于土体的内部。
渗流量之和，即 将达西定律代入上式可得沿水平方向的等效渗透系数kx：
(二)竖直向渗流 竖直渗流的特点： (1)根据水流连续原理，流经各土层的流速与流经等效土层的流速
相同，即 (2)流经等效土层H的总水头损失h等于各层上的水头损失之和，即 将达西定律代入上式可得沿竖直方向的等效渗透系数kz：
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测管水头：位置水头与压力水头之和 h= z+ u/w
测管水头代表的是单位重量液体所具有的总势能
伯努里方程用于土中渗流时有两点需要指出： (1)饱和土体中两点间是否出现渗流，完全是由总水头差决定。只有当 两点间的总水头差时，才会发生水从总水头高的点向总水头低的点 流动。 (2)由于土中渗流阻力大，故流速 v 在一般情况下都很小，因而形成的 流速水头也很小，为简便起见可以忽略。渗流中任一点的总水头就可 用测管水头来代替。 水力坡降
土力学实验报告渗透实验
一、实验目的1. 了解渗透实验的基本原理和操作方法。
2. 掌握测定土样渗透系数的方法。
3. 分析不同土样和不同条件下渗透系数的变化规律。
二、实验原理渗透实验是土力学中研究土体渗透性能的重要实验方法。
根据达西定律，渗透系数k是反映土体渗透性能的重要指标，其表达式为：\[ Q = kA \frac{dh}{L} \]其中，Q为渗透流量，A为土样横截面积，dh为土样两侧水头差，L为土样长度。
通过测定不同水头差下的渗透流量，可以计算出土样的渗透系数。
三、实验仪器与材料1. 渗透实验装置：包括渗透仪、土样、量筒、水头差计等。
2. 土样：选取不同土质、不同颗粒级配的土样。
3. 水源：清水。
四、实验步骤1. 将土样制备成圆柱形，并测量其直径和高度。
2. 将土样放入渗透仪中，调整水头差计，确保水头差稳定。
3. 记录初始时刻的渗透流量和土样两侧水头差。
4. 每隔一定时间，记录渗透流量和土样两侧水头差。
5. 绘制渗透流量与时间的关系曲线，并计算渗透系数。
五、实验数据及结果分析1. 实验数据| 时间（min） | 渗透流量（cm³/min） | 水头差（cm） || :----------: | :-------------------: | :----------: || 0 | 0.5 | 5 || 10 | 1.2 | 5 || 20 | 1.8 | 5 || 30 | 2.5 | 5 || 40 | 3.2 | 5 || 50 | 3.8 | 5 || 60 | 4.5 | 5 |2. 结果分析（1）从实验数据可以看出，土样的渗透流量随时间逐渐增大，说明土样具有一定的渗透性。
（2）绘制渗透流量与时间的关系曲线，可以看出渗透流量与时间呈线性关系，说明土样的渗透系数在一定时间内保持恒定。
（3）根据达西定律，可以计算出土样的渗透系数为：\[ k = \frac{Q}{A \frac{dh}{L}} = \frac{0.5}{\pi \times (5/2)^2\times 5} = 0.013 \, \text{cm/min} \]六、结论1. 通过渗透实验，掌握了测定土样渗透系数的方法。
土的渗透性及渗透力解析
（2）管涌
－－在渗流作用下，一定级配的无粘性土中的细小颗粒，通过较大颗粒 所形成的孔隙发生移动，最终在土中形成与地表贯通的管道。 管涌
原因：
内因—有足够多的粗颗粒形 成大于细粒直径的孔隙
管涌破坏
外因—渗流力足够大
16
无粘性土
发生管涌的判别标准为（内因——颗粒几何条件）：
A. Cu 10的比较均匀的土 B. Cu 10的不均匀土 (a) 级配不连续的土 细料含量 35% 细料含量 25% 细料含量 25 — 35% (b) 级配连续的土 D0 d 3 D0 d 5 D0 d 3 — d 5 非管涌土 管涌土 过渡型土
29
结
论：
土中发生向上的渗流时，由于孔 隙水向上渗流，并且作用在土颗
粒上一个向上的体积力，使得土
骨架应力降低，而该体积力反作 用于孔隙水上，使孔隙水应力增 加，增加和减小的数值相等，均 为γwh。
30
小结
渗透定理（达西定律）
土的渗透
渗透力计算 渗透变形类型、形成条件、防止措施
基本概念
有效应力原理
3 土的渗透性及渗透力
1
目录
3.1 土的渗透性及渗透定理
3.2 渗透系数的测定
3.3 3.4 渗透力及渗透破坏 有效应力原理及计算
2
3.1
3.1.1
土的渗透性及渗透定理
土的渗透性
——土可以被水透过的性质称为渗透性。
渗 流 滑 坡
3
3.1.2
土的渗透定理
层流：水在土的细微孔隙中的缓慢流动称为层流。
17
非管涌土
土的孔隙平均直径 D0 0.25d 20
非管涌土 管涌土 过渡型土
粗颗粒土的渗透及渗透变形试验
粗颗粒土的渗透及渗透变形试验一、试验目的本试验的目的是测定粗颗粒土在渗流水通过时,试样的渗透系数和细颗粒随渗流逐渐流失的临界坡降(管涌)及土体整体浮动时的破坏坡降(流土)。
本试验适用于扰动的粗颗粒土试样和原状粗颗粒土试样。
二、试验原理在双对数纸上，以渗透坡降i为纵坐标，渗透速度v为横坐标，绘制渗透坡降与渗流速度关系曲线（Lg i～Lg v曲线），如图2.0.1图2.0.1 Lgi～Lgv曲线当Lgi～Lgv关系曲线的斜率开始变化，并观察到细颗粒开始跳动或被水流带出时，认为该试样达到了临界坡降i k其值为：i k=i2+i12式中i2——开始出现管涌时的坡降i1——开始出现管涌前一级的坡降三、试验设备及试验操作1.仪器设备（1）垂直渗透变形仪：包括仪器筒、顶盖、底座、透水板及支架。
（2）供水设备：供水箱、提升架、橡皮管、供水箱设置溢流堰，能保持常水头。
（3）加荷设备：活塞杆、加荷框架、加荷杠杆和百分表支架。
（4）量测设备：测压管、量筒、秒表、温度计、百分表和测压装置。
（5）其他设备：击锤（或振动器）、台秤、天平及标准筛等。
2.操作步骤（1）将下进水口与供水管相连接，使仪器充水，检查仪器的各部件是否堵塞及漏水等。
检查完毕后，降低供水箱，使水箱中水位与下透水板的下沿齐平。
取去顶盖，放入孔径5mm的下透水板，并铺以同样直径的滤网，以免细料漏失。
沿仪器壁和滤网之间的接触缝隙涂一圈油泥或橡皮泥。
开启全部测压孔，使之处于排气状态。
（2）扰动试样制备①从风干、松散的土样中，取具有代表性土样，进行颗粒分析试验，确定试样的颗粒级配，并绘制颗粒级配曲线。
②根据试验土样粒径，按仪器内径应大于试样粒径d85的5倍选择仪器。
当常规试验的仪器内径不能满足要求时，应设计加工大直径的渗透变形仪。
或根据试样情况，亦可对最大允许粒径以上的粗颗粒按SL237-053-1999规程3.1.3的规定加以处理。
③根据需要控制的干密度及试样高度，按下列公式计算试样质量：m d=ρdπr2hˊ式中m d—试验需要的干土质量，g；ρd—需控制的干密度,g/cm3；r—仪器筒身半径，cm；hˊ—试样高度，cm。
土壤渗透率和渗透系数
土壤渗透率和渗透系数
壤渗透率和渗透系数是描述土壤允许流体通过的能力的两个重要参数，但它们有着各自的特点和应用场景。
渗透率是土壤的固有渗透性，只与土壤颗粒或孔隙的形状、大小及其排列方式有关，而与流体性质无关。
它是描述土壤传导液体能力的参数，量纲为L^2。
渗透率的大小与孔隙度、液体渗透方向上空隙的几何形状、颗粒大小以及排列方向等因素有关。
一般来说，孔隙度越高、孔隙结构越复杂、颗粒大小分布越均匀的土壤，其渗透率越高。
渗透率是表征土壤或岩石本身传导液体能力的参数，其单位是平方米（m^2），通常使用毫达西（mD）或达西（Darcy）来表示。
而渗透系数则同时受土壤性质和流体性质的影响，它描述了流体在土壤中流动的难易程度。
渗透系数不仅与土壤的渗透率有关，还与流体的密度和粘滞性等性质有关。
渗透系数的单位是米每秒或每天（m/d）。
在工程中，渗透系数常被用于评价土壤的渗透性，如透水、弱透水、不透水等，但并没有明确的数值界限。
不同的渗透系数值可以反映出不同的流体流动特性，例如在常见的水力梯度下，层流与紊流的
界限值约为25px/s，排水良好与排水不良的界限值约为10-100px/s，而土的渗透系数的下限值约为10-225px/s。
总的来说，渗透率主要反映土壤自身的性质对流体流动的影响，而渗透系数则更综合地反映了土壤性质与流体性质共同对流体流动的影响。
两者都是描述流体在多孔介质中流动特性的重要参数，但在实际应用中，需结合具体场景和问题进行选择和使用。
土壤渗透系数1.50e-06
土壤渗透系数是描述土壤对水分入渗能力的一个重要参数，通常用Ks表示。
它的大小直接影响着土壤对水分的保持能力，对于农田灌溉、城市排水和环境保护等方面都具有重要意义。
本文将从以下几个方面对土壤渗透系数进行深入探讨。
1. 土壤渗透系数的定义及意义土壤渗透系数（Ks）是指单位时间内单位面积土壤中水分的渗透速率，通常用米/秒或毫米/小时来表示。
它是描述土壤对水分渗透能力的一个重要参数，反映了土壤孔隙结构、土壤类型、土壤含水量等因素的综合影响。
土壤渗透系数的大小直接影响着土壤的通透性和保水能力。
当土壤的渗透系数较大时，土壤对水分的渗透速率就较高，有利于农作物的生长和发育，也有利于城市的排水和污水处理。
而当土壤的渗透系数较小时，土壤的保水性就较好，有利于保持土壤湿度，减少灌溉水的使用，对于节水和环境保护都具有重要意义。
2. 影响土壤渗透系数的因素土壤渗透系数受多种因素影响，主要包括土壤孔隙结构、土壤类型、土壤含水量、土壤有机质含量、土壤压实度等。
（1）土壤孔隙结构：土壤渗透系数与土壤的孔隙结构密切相关，孔隙结构复杂、孔隙分布均匀的土壤其渗透系数相对较大，相反则较小。
（2）土壤类型：不同类型的土壤其渗透系数也有所不同，如沙质土壤的渗透系数通常较大，而粘质土壤的渗透系数较小。
（3）土壤含水量：土壤的含水量对其渗透系数也有较大影响，一般来说，土壤含水量越高，渗透系数越大。
（4）土壤有机质含量：土壤中有机质含量高通常会提高土壤的渗透系数，因有机质会影响土壤的孔隙结构。
（5）土壤压实度：过高的土壤压实度会使土壤孔隙收缩，从而降低土壤的渗透系数。
3. 测定土壤渗透系数的方法目前，常用的测定土壤渗透系数的方法主要有水头稳态法、不透水柱法、土壤锥入法、潜水位法等。
水头稳态法是一种比较常用的方法，其原理是在土柱顶端施加一定水头，通过测定单位时间内土壤中的渗入水量和土壤高度的关系来计算渗透系数。
该方法适用范围广，操作简便，是一种比较常用的实验室测定方法。
土力学-土的渗透性及渗流
土的类型
渗透系数
a×10-1~a×10-2
粉土
a×10-4~a×10-6
a×10-2~a×10-3 粉质黏土 a×10-6~a×10-7
a×10-3~a×10-4
黏土
a×10-7~a×10-10
12
3. 成层土的平均渗透系数
顺向渗流
Q
⊿h
不透水层
Q
Q1 k1
Q2 k2
Q3 k3
不透水层
H1 H2 H H3
v x d z v z d x (v z v z zd z )d x ( v x v x xd x )d z dz vx vx vz 0 x z
由Darcy定律
vx
kxix
kx
h总水 x
头
v
z
kz
h z
得
kx
2h x2
kz
2h z2
0
（对各k x项同性k z土）
连续方程
数学解析法
2h 2h x2 z2 0
渗透系数 k c d120
系数 有效粒径
某土的渗透系数
孔隙比e
>0.25mm粒径 的质量比
d10
该土的
该土的
用于对比的
渗透系数(重塑) 渗透系数（原状） 中砂（>0.25mm）
0.9
70%
0.01mm 约1.0×10-6cm/s ＜ 约1.0×10-4cm/s ＜ a×10-2~a×10-3cm/s
粉质黏土1 A 0.5m
粉质黏土2
1.5m 2.5m
细砂
如图所示，细砂层中的承压水由粉质黏土2（厚度L2=2.5m）、粉质黏土1 （厚度L1=1.5m）向基坑渗入，通过抽水使坑内水位保持在坑底。已知粉质黏土 1的饱和重度为19.5kN/m3，渗透系数为2.5×10-5cm/s；粉质黏土2的饱和重度为 19.8kN/m3，渗透系数为1.0×10-5cm/s；细砂层顶面处的压力水头为6.2m。
2th土的渗透性和渗流问题讲解
? 土力学主要研究以下两个方面的渗透问题：
1. 渗透量的计算问题。
（1）在渠道输水工程中首先会需要对渗漏水量 进行估计。一般的渠道约有 40~60%的水漏走了。
（2）水库的渗透量问题：天开水库， 1959年建 成，5000万m3畜水量，但自建成以来就是干水 库。
① 根据流场的边界条件， 确定边界流线和边界等 势线 。如 图中A-B-C-D 为一流线①，不透水层为另 一流线⑤，上、下游透水面为两条等势线 1、11；
? ② 根据原则①和②初步绘制几条流线，每条流 线不能相交，但必与上、下游的等势面正交， 再从中央向两边绘等势线，要求等势线与流线 正交，成弯曲正方形；
Q = Aki = Ak dh ? 2? rh ?k dh
dr
dr
? Q dr ? 2? khdh
r
? ? Q r2 dr ? 2? k h2 hdh
r1 r
h1
k?
Q ln(r2 r1 )
?
2.3 Q
lg(r2 ?
r1 )
? (h22 ? h12 )
? h22 ? h12
(2-9)
2. k值的影响因素
图2-6 现场抽水试验
? 在试验井中连续抽水，待出水量和各井孔的水 位稳定后，就会形成一个以抽水井为轴心的漏 斗状的地下水面。
? 假设水流方向是水平的，则渗流过水断面就是 一系列的同心圆柱面， 任一过水断面的面积为：
A = 2πrh ? 该过水断面的水力坡降为 i：
i = dh/dr
? 根据达西定律，单位时间自井内抽出的水量为：
②孔隙比
粗颗粒土的渗透系数
粗颗粒土的渗透系数什么是粗颗粒土粗颗粒土是由较大的颗粒物质组成的一类土壤。
通常认为，粒径大于 2mm 的土粒属于粗颗粒土。
这类土壤通常较为松散，透气性和渗透性都比较好，但是保水能力较弱。
粗颗粒土广泛分布于我国的某些地区，例如河流沉积物、海滨沙滩、山地岩石碎屑等地。
1. 颗粒相对较大，通常大于 2mm，因此流动性好。
2. 空隙率较大，透水性好，但保水能力差。
3. 密度较小，质地较松。
4. 较容易被侵蚀或冲刷，易发生滑坡或塌方等自然灾害。
渗透系数也被称为土壤水分渗透能力或渗透率，是衡量土壤透水性的物理量。
它表示在单位时间内单位面积上的水分流过土层时的速率。
通常用单位时间内单位面积上的渗透水量来表示渗透系数。
在土壤力学中，渗透系数常常作为松散土的最重要性质。
渗透系数的计算需要根据不同的实验方法和土层厚度进行。
下面介绍一些比较常见的计算方法。
1. 置换水法：在装有粗颗粒土的圆柱形装置中注满水使土层饱和，然后再从上面送一定柔和的水，进行连续进水和出水，测定进出水的水量和时间，进而计算渗透系数。
2. 试验井法：在井中注水，记录下水的级别和注水量，通过测定水的下降速度和井孔的直径，再结合多次重复测定，计算出土壤的渗透系数。
3. 静压推移法：将粗颗粒土放在压缩装置中，施加一定水头产生一定渗透量，在某些规定的时间内测定渗透量和液位下降量，再根据试验参数计算出渗透系数。
以上的计算方法仅供参考，实际的渗透系数计算需要根据土层的特性和试验条件进行选择。
在实际工程中，渗透系数的测定是非常重要的，它对于地下水流、渗漏和地质灾害等方面都有直接的影响。
为了获得可靠的渗透系数，应根据实际需要采用适当的测定方法和精密的仪器设备。
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【 摘 要】 利用颗粒流程序 Ｐ Ｃ Ｄ Ｆ ２ 对地下水的渗流作用进行了模拟， 给出了颗粒流数值模拟确定渗透系数
的方 法 ， 并对与渗透 系数有关的细观参数进行 了参数 分析 ， 并与渗 透系数建立了关 系。文 中结论为颗 粒流理论模 拟地下水 渗流相关的岩土工程问题提供 了依据和理论基础 。
式 中 ， 为传 导系数 ； 为周围颗粒半径和 ；Ｐ ｐ ） Ｌ （ 一 。 为
两个相邻域 的压 力差。 （ ） 压力方程 。 围管道流入每个域的流量和为 ｑ ２ 周 ， 在单位时间步长 下 ， 流体压力增量 ４ 流人为正）为 ： Ｐ（
△ ｐ＝Ｋ／ （ ｑ ｔ ， Ａ —ａｖ ） Ｌ ， （） ２
通道为“ 管道” 白色线代表两颗粒间的接触。 ，
在 ＰＣ。 Ｆ 中采用圆形颗粒代表土颗粒 ， 进行流 固耦合模
拟时其实并没有实 实在在 的流体存 在 ， 因此引入 了 “ ” 域 的
概念。“ ” 是一 系列封 闭的颗粒 链 ， 域 就 在链 上 的每个链 接
都是一个连接接触 。“ ” 域 相当于颗粒 间空隙的“ 水库 ” “ ，水 库” 以储存水 压 ， 可 各水库 之 间存 在通道 ， 些通 道用 在颗 这 粒接触处相切于两个颗粒 的“ 管道 ” 来模拟 。 Ｐ Ｃ。 Ｆ 定义 的用于 流 固耦 合计 算 的流动方 程 和压 力方 程 以及求解条件如下 。 （ ） 流动 方程 。相邻 域间 的每一个链 接都 看作 是一 １ 条潜在 的水力通道 。通道长度为 ￡ 孔径为 ｏ 在垂直平 面方 、 ， 向上为单位厚度 ， 管道内的流速（ 单位时间内的体积 ） ： 为
单边界 的连续变形 问题 。国内外学者 ¨“］ 利用颗 粒流 Ｐ Ｃ Ｆ
平 均半 径 。 ２ 模 型 建 立
本文将砂 土颗粒 简化成 圆形颗粒 ， 故可直接采用 Ｐ Ｃ。 Ｆ 进行模拟。 模型尺寸为 ２ｍｍ ｘ ０ ｍ， 了模拟土颗粒 的不均 ０ ２ｍ 为 匀性 ， 颗粒单元半径 采用从 Ｒ 到 Ｒ 的均匀分布 ， ～ 根据计
突涌等 问题 时都非 常关键 。由于颗粒流不能直 接给 出模 型
算效率和计算精度要求 ， Ｒ ＝０３ｍ ，～ ＝０５ｍ 。 取 ． ｍＲ ５ ．０ ｍ
先按照模型尺寸生成四面墙 ， 待系统平衡后再将其删去 ， 固 并 定上下边界颗 粒。 然后 调用 程序 内置 ＦＳ 语言 ｄｍ ｆ 和 ＩＨ ｏ．ｓ ｉ ｄｍ１ｆ 生成“ ｏ ．ｓ ｉ 域”和“ 管道” 所组成的网络。 模型示意图见 图
低
温
建
筑
技
术
２ １ 年第 １ 总第 １３期） ０２ 期（ ６
关 于 土渗 透 系数 颗 粒 流 细 观 参数 研 究
白若虚 ， 程雪松 ， 郑
（ ．滨海土木工程结构与安全教育部重点 实验室 。 天津 １
刚
３０ ７ ０ ０ ２）
３ ０７ ０ ０ ２； ．天津大学土木工程系 。 天津
【 关键词】 颗粒流； 渗流； 达西定律； 参数分析 【 中图分类号】 Ｔ ４１３ Ｕ４．３ 【 文献标识码】 Ｂ 【 文章编号】 １０ — ８４ ２１ ）１ ０６ — ４ ０１ ６６ （０２０ — ｏ４ ０
目前对于渗流耦合作用 的数值模 拟主要采用有 限单元 法 和有限差分法 ， 但都有其 局限性 ， 即只能模拟小 变形下 简
（ａ ｉｅ ｌ ｏｅ建立数值模型模拟砂土 的渗透作 用 ， Ｐｒｃ ｏ Ｃｄ ） ｔｌＦ ｗ 证
明了达西定律 的适用性 。但 是 尚未有 学者对颗粒 流模拟 流 固耦合 中的相关 细 观参 数如何 确定 做 出研 究 ， 而这 些细 观 参数在模 拟研究 土体渗流破坏 、 水力劈 裂、 劈裂 注浆和基 坑
１浅蓝色小球为土颗粒 ， 色小球为 “ ” “ ， 黑 域 ， 域”之间 的黑 色
介质的物理力学参数 Ｊ土 的宏观参数 只能靠 调整基 本粒 ， 子的微观参数 获得 。本文 即从 细观层面上对 土的渗流 耦合 进行数值模拟 ， 图建 立细观参 数与渗透系数之间的关 系。 试
１ 水土耦合的颗 粒流模拟
临界 时 间步 长 为 ：
由于 Ｐ Ｃ 无法直接监测获得某一截面的流量， Ｆ 本模型
（） ３
Ａ ｔ＝２ Ｖ Ｎ ｆ Ｒ Ｊ（ Ｋｋ ） ａ
中统计 的流量 Ｑ 为单位时间步内在长度为 Ｌ＝１ｍｍ范围内 ０ 的所有截面的流量总和 ， 根据单位时间步长 ｔ有如下关系式 ： ，
式中， ， ｖ为一个域所 连接 的管道数 ； Ｒ为域周 围颗 粒 的
ｑ ＝Ｋ Ｐ ａ （ ２一Ｐ ） １儿 （） １
一圈
图 １ 模型示意图 图 ２ 压力圆分 布示意 图
在模型左侧施加水头压力 （ 均取 ３Ｘ１ Ｐ ） 右侧水 头 ０ ａ ，
压力 固定为零 ， 则在模型左 右两侧 形成水 头压力差 。 水头 压 力加压 范 围左 右 两 侧 各 取 １５ ｍ，故 实 际 渗 流 路 径 为 ．ｍ １ｍｍ。 ７ 选取模 型 中段 １ｍｍ 范 围监 控 其 计 算过 程 中所 有 ０ “ ” 域 的总流量 Ｑ 。 循环稳定后压力分布如 图２所示 。 图中 白 色圆点大小代表“ ”内压力大 小 ， 域 圆的直径 大小代表 压力 值的相对大小 。 图中可清楚 的看出 ， 型内压力 由左 至右 从 模 均匀分布。
根据达西定律 ， Ｊ对任一横截 面 ， 单位时 间内流过 的流 体体积 Ｑ与能量损失 （ 采用上下游水头差 △ 表示 ）和横 截 ＾
面积 Ａ成正 比， 与流程长度 △ ￡成反 比， 故有如下关系式 ：
Ｑ ＝ｋ Ａ ／ Ｌ Ａ ｈＡ （） ４
式 中 ， 为流体 的体积模数 ； 为域的表观体积。 （ ） 求解 条件。 ３ 保证模型运行稳定 的条件就是水 流人 引起 的压力变化必 须小 于扰 动 压力 ， 当两 者相 等时 可求 出