5.土的渗透性及渗透试验

土的渗透性及渗透试验
影响渗透性的因素是很复杂的，主要有粘粒含量，矿物成分，溶液性质，孔隙大小、形状、连通性。

并且由于一些原因会使土的渗流规律出现偏离达西定律的现象。

渗透系数——液体在单位压力梯度下渡过单位土截面的量。

假设与压力梯度和液体流量q 成线性关系，从而可有达西定律：
i
A q k 水力梯度流体所流过的面积液体流量渗透系数⨯=
A q
v 截面面积流量渗透速度=
然而需要注意的是截面面积A 为所考虑的整个土体的截面面积，但是其中的一部分是土颗粒，因此水实际流过的面积要小的多。

实际的平均渗透速度t v 应该比v 更大，可以用下式解出：
n
v e e v v t =+⋅=1
其中，
孔隙比e ：土中孔隙体积与土颗粒体积之比，s v V V =
e 孔隙率n ：土中孔隙体积与土总体积之比，(%)100⨯=
V
V n v 土的渗透性主要受土体宏观结构的影响：
如果黏土有裂隙或者含有细砂都会导致其渗透性增大到黏土本身渗透性的数倍。

水平向渗透性与竖向渗透性
水的渗透会沿着阻力最小的方向，
实验室试样尺寸很小以及试样的获得和制备方法，在大尺寸时的性质并不能体
现，并且试验结果并不能完全代表拥有显著宏观结构原位土的性质。

另外，实验室试验往往是采用外力强迫水在土样中发生竖向流动，然而在现场最为关心的重要因素为水平向渗透性，因为它在实际中表现得更为显著，原位试验就可以克服这种缺点。

土渗透性的影响因素：土的粒度成分及矿物成分、合水膜厚度、土的结构构造、水的粘滞度、土中气体
渗透水流施于单位土体内土粒上的力称为渗流力、动水压力。

当渗流力和土的有效重度相同且方向相反时，土颗粒间的压力等于零，土颗粒将处于悬浮状态而失去稳定。

这种现象称为流土，此时的水头梯度成为临界水头梯度icr。

流土：是指在渗流作用下局部土体表面隆起，或土粒群同时起动而流失的现象。

它主要发生在地基或土坝下游渗流逸出处。

管涌：指在渗流作用下土体的细土粒在粗土粒形成的孔隙通道中发生移动并被带出的现象。

主要发生在砂砾土中。

流砂与管涌比较：
现象：流砂土体局部范围的颗粒同时发生移动；管涌土体内细颗粒通过粗粒形成的孔隙通道移动。

位置：流砂只发生在水流渗出的表层；管涌可发生于土体内部和渗流溢出处。

土类：流砂只要渗透力足够大，可发生在任何土中；管涌一般发生在特定级配的无粘性土或分散性粘土。

历时：流砂破坏过程短；管涌破坏过程相对较长。

后果：流砂导致下游坡面产生局部滑动等；管涌导致结构发生塌陷或溃口。

渗透系数K是综合反映土体渗透能力的一个指标，其数值的正确确定对渗透计算有着非常重要的意义。

影响渗透系数大小的因素很多，主要取决于土体颗粒的形状、大小、不均匀系数和水的粘滞性等，要建立计算渗透系数k的精确理论公式比较困难，通常可通过试验方法，包括实验室测定法和现场测定法或经验估算法来确定k值。

实验室测定法：
一、常水头试验法
在整个试验过程中保持水头为一常数，从而水头差h
也为常数。

注：整个过程需要不断注水以保持水头为一常数。

二、变水头试验法 试验过程中水头差h ∆一直随时间而变化，从1h ∆变小成2h ∆。

注：试验过程不需注水。