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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)形貌饱和土中水的渗流速率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

在自然状态下,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;土孔隙中的水及其消融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。

自然土体中常含有一定命目呈液态、固态或气态的水。一样平常土需研究液态水,冻土还需研究固态水的含量。土中气态水,对土的性子影响不大,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)形貌饱和土中水的渗流速率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,达西举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

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,其上端启齿,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,透水石上填放颗粒匀称的砂土。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形。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,对试验历程举行自动控制,数据收罗以后自动纪录,并且盘算出渗透系数。

达西定律?????达西定律

与古板方法差别的是:

① 围压可变可控

② 利便对试样举行饱和

③ 利便对试样举行固结

④ 水头压力准确

⑤ 无邪选择变水头、常水头试验

⑥ 自动控制

⑦ 通过电脑举行数据纪录和盘算


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。进一步的研究批注,在某些条件下,渗透并纷歧定切合达西定律,因此在现实事情中我们还要注重达西定律的适用规模。

流速的影响:试验批注,当渗透速率较小时,渗透的沿程水头损失与流速的一次方成正比。在一样平常情形下,砂土、粘土中的渗透速率很小,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,渗透速率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)的试验效果看, 由于其孔隙很大,当水力梯度较小时,流速不大,渗流可以为是层流, v-i关系成线性转变,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关系呈非线性转变, 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批注,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,其渗透速率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、履历数据

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履历值如下:

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


参考文献:

1.https://www.wille-geotechnik.com/en/soil.html

2.《土力学》刘大鹏,尤晓暐,北京,清华大学出书社。

3.《土力学》李广信,张丙印,于玉贞,北京,清华大学出书社。

4.《高等土力学》薛守义,币游工业出书社。

5.Carter, M. and Bentley, S. (1991). Correlations of soil properties. Penetech Press Publishers, London.

6.Leonards G. A. Ed. 1962, Foundation ENgineering. McGraw Hill Book Company

7.Dysli M. and Steiner W., 2011, Correlations in soil mechanics, PPUR

8.West, T.R., 1995. Geology applied to engineering. Prentice Hall, 560 pp.



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