2 工程地质概述达西定律
工程地质基础知识
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工程地质概论
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工程地质概论
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工程地质概论
4）河床冲淤 平原河道在弯曲处产生的冲淤情况。
5）岸坡失稳 河岸或海岸等在建筑物影响下所产生的滑 动现象。
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工程地质概论
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工程地质概论
崩塌
平移滑动
旋转滑动
流滑
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工程地质概论
5 地下水
地下水 埋藏和运移在地表以下岩土层空隙 中的水。 1) 地下水的埋藏类型 透水层、隔水层和含水层。
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工程地质概论
上层滞水 积聚在局部隔水层上的水。 范围小，雨水补给，季节性明显， 水位变化幅度较大； 减弱地基强度，寒冷地区易引起道 路的冻胀和翻浆。
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工程地质概论
断裂构造 岩体受力断裂，使原有的连续完整 性遭受破坏形成断裂构造。 节理（Joint） 沿断裂面两侧的岩层未发生位移或 仅有微笑错动的断裂构造。
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工程地质概论
断层（Fault） 发生相对位移的断裂构造。 组成部分 上盘、下盘和断层面。 断层分类 正断层； 逆断层； 平移（推）断层。
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工层带。 断层规模越大，断层带越宽，破 坏程度越严重。 断层形成的年代越新，则断层的 活动可能性越大。活动性的断层 带常潜伏着发生地震的可能。 工程设计原则上应避免将建筑物放 在断层带上，尤其姚注意避开近 期活动的断层带。
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渗流的基本定律(达西定律)
根据实验需求，设计并建立渗流装置，包括渗流管、压力源、流量 计等。
设定实验条件
设定恒定的水头压力、流量等实验条件，确保实验数据的准确性和 可靠性。
实验结果分析
01
02
03
数据记录
详细记录实验过程中的水 头压力、流量等数据，并 确保数据的准确性和完整 性。
数据处理
对实验数据进行整理、分 析和处理，绘制水头压力 与流量之间的关系曲线。
达西定律的发现可以追溯到19世纪初，由法国工程师达西通 过实验观察到流体在砂质土壤中的流动规律，并提出了该定 律。
达西定律的概述
达西定律描述了流体在多孔介质中的流动速度与压力梯度 之间的关系。具体来说，当流体在多孔介质中流动时，流 速与作用在流体上的压力梯度成正比，同时与介质的渗透 系数有关。
达西定律的数学表达式为：v = -K * grad(p)，其中v是流速， K是介质的渗透系数，grad(p)是压力梯度。该公式表明流速 与压力梯度成正比，与渗透系数成反比。
达西定律与实际渗流过程的联系
01
达西定律是描述均匀、定常、不可压缩流体在多孔介质中稳态 流动的基本定律。
02
它指出，在一定条件下，流体的流量与压力梯度成正比，与介
质孔隙的阻力成反比。
达西定律适用于小孔径、低流速、高孔隙度、均质的多孔介质。
03
达西定律的局限性
1
达西定律不适用于非均匀、非定常、非线性流动， 以及大孔径、高流速、低孔隙度、非均质的多孔 介质。
渗流的基本定律（达西定律）
目录
• 引言 • 达西定律的数学表达 • 达西定律的物理意义 • 达西定律的实验验证 • 达西定律的应用实例 • 达西定律的发展与展望
01 引言
工程地质概述达西定律共23页
2、要做，并愿意去冒险的人。“稳妥”之船，从未能从岸边走远。-戴尔．卡耐基。
梦 境
3、人生就像一杯没有加糖的咖啡，喝起来是苦涩的，回味起来却有 久久不会退去的余香。
工程地质概述达西定律 4、守业的最好办法就是不断的发展。 5、当爱不能完美，我宁愿选择无悔，不管来生多么美丽，我不愿失 去今生对你的记忆，我不求天长地久的美景，我只要生生世世的轮 回里有你。
谢谢你的阅读
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71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非
简述达西定律,及达西定律的适用条件
简述达西定律,及达西定律的适用条件
简述达西定律,及达西定律的适用条件如下：
1、达西定律是层流条件下,土中水渗流速度与水头损失之间关系的渗流规律。
他表明在层流状态的渗流中,渗流速度与水力梯度的一次方成正比。
2、达西定律适用条件:层流状态的渗流,无论是发生于砂土或一般的粘性土中,属于层流范围,故达西定律均可适用。
但以下两种情况可认为超出达西定律适用范围。
一种情况是在纯砾以上的很粗的土中的渗流,如堆石体中的渗流,且水力坡降较大时,流态已不再是层流而是紊流。
这时,达西定律不再适用,渗流速度水力坡降之间的关系不再保持直线而变为次线性的曲线关系。
达西定律
达西定律 Darcy’s Law反映水在岩土孔隙中渗流规律的实验定律。
由法国水力学家 H.-P.-G.达西在1852～1855年通过大量实验得出。
其表达式为Q=KFh/L式中Q为单位时间渗流量，F为过水断面，h为总水头损失，L为渗流路径长度，I=h/L为水力坡度，K为渗透系数。
关系式表明，水在单位时间内通过多孔介质的渗流量与渗流路径长度成反比，与过水断面面积和总水头损失成正比。
从水力学已知，通过某一断面的流量Q等于流速v与过水断面F的乘积，即Q=Fv。
或，据此，达西定律也可以用另一种形式表达v=KIv为渗流速度。
上式表明，渗流速度与水力坡度一次方成正比。
说明水力坡度与渗流速度呈线性关系，故又称线性渗流定律。
达西定律适用的上限有两种看法：一种认为达西定律适用于地下水的层流运动；另一种认为并非所有地下水层流运动都能用达西定律来表述，有些地下水层流运动的情况偏离达西定律，达西定律的适应范围比层流范围小。
这个定律说明水通过多孔介质的速度同水力梯度的大小及介质的渗透性能成正比。
这种关系可用下列方程式表示：V=K[（h2－h1）÷L]。
其中V 代表水的流速，K 代表渗透力的量度(单位与流速相同, 即长度/时间)，（h2－h1）÷L 代表地下水水位的坡度（即水力梯度）。
因为摩擦的关系，地下水的运动比地表水缓慢得多。
可以利用在井中投放盐或染料，测定渗流系数和到达另一井内所需的时间。
在美国佛罗里达的含水层中，曾沿着多口水井，采用碳14 方法测定地下水的年龄。
结果测出渗流系数为每年7 米。
在渗透性能良好的介质中，渗流系数可高达每日6 米。
美国还测得过每日235 米的纪录。
不过，在许多地方，速率通常是每年不超过30 米。
达西渗流公式推导达西定律是渗流中最基本的定律, 其形式简洁( v= kJ ), 最早是由实验证实的。
它清楚地表明了渗流速度v与水力坡降J 成正比的关系。
但这里只是笼统地用k 体现不同材料的不同的渗透性。
土力学 第 二 章
结论：
水在土中的渗透速度与试 样的水力梯度成正比 达西定律 v=ki
水力梯度，即沿渗流方向 单位距离的水头损失
• 二、达西定律适用范围 讨论：
达西定律
v ki
v
v=ki
砂土的渗透速度与水 力梯度呈线性关系
密实的粘土，需要克服结合 O 水的粘滞阻力后才能发生渗 透;同时渗透系数与水力坡 v 降的规律还偏离达西定律而 呈非线性关系 起始水 力坡降 0 达西定律适用于层流，不适用于紊流
对Cu>10的砂和砾石、卵石，分两种情况: 1.当孔隙中细粒含量较少（小于30%）时，由于阻力较小，只 要较小的水力坡降，就易发生管涌 2.如孔隙中细粒含量较多，以至塞满全部孔隙（此时细料含 量约为30%－35%），此时的阻力最大，一般不出现管涌而 会发生流土现象
k10 kT T 10
4.土中封闭气体含量 土中封闭气体阻塞渗流通道，使土的渗透系数降低。 封闭气体含量愈多，土的渗透性愈小。
• （三）成层土的渗透系数
1.水平渗透系数 q1x qx q2x k1 k2 k3 达西定律 H1 H2 H H3
通过整个土层的总渗流量qx 应为各土层渗流量之总和
第二章
土的渗透性
主要内容 • §2.1达西定律 • §2.2渗透系数与渗透力 • §2.3土的渗透变形
土的渗透问题概述
上游 浸润线 下游 流线 等势线 隧道开挖时，地下 水向隧道内流动 土坝蓄水后水透 过坝身流向下游
在水位差作用下，水透过土体孔隙的现象称为渗透
H
§2.1
• 一、达西定律
达西定律
1856年法国学者 Darcy对砂土的渗 透性进行研究
砂土
i
ib
密实粘土 i
达西定律流速-概述说明以及解释
达西定律流速-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述达西定律（Darcy's Law）是描述渗流运动的基本规律之一，是在地下水领域中被广泛应用的理论模型。
它是由法国工程师亨利·达西（Henry Darcy）在19世纪中期提出的，用于解析和预测地下水在多孔介质中的流动行为。
达西定律基于达西流动实验的观察结果，它指出了渗流速度与渗透系数、梯度和孔隙度之间的关系。
在达西定律中，渗透系数反映了岩石或土壤中水分传导的能力，梯度表示了水力头（水势）随空间变化的速率，而孔隙度则是指多孔介质中包含的空隙的比例。
达西定律的公式表达为：流速=渗透系数×梯度。
根据达西定律，渗流速度正比于渗透系数和水力头梯度之间的乘积。
这意味着当渗透系数增加或者水力头梯度增大时，渗流速度也会增加。
达西定律的应用领域非常广泛。
在地下水领域，它被用于研究地下水的流动和传输规律，预测地下水的补给和排泄量，评估地下水资源的可持续利用性。
而在土力学和地质工程中，达西定律则被用于分析土壤和岩石的渗流行为，帮助设计和建造地下工程结构，例如隧道、堤坝和地下储层。
然而，达西定律也存在一些局限性。
它基于一些理想假设，例如认为渗透系数是恒定的，不考虑渗透介质的非均质性和非稳定性。
因此，在实际应用中，需要结合实际情况和其他模型进行定量分析和预测。
总之，达西定律作为描述渗流规律的基础理论，对于地下水和地下工程领域的研究和应用具有重要意义。
通过深入研究和进一步探索，可以推动达西定律在实践中的应用，并促进地下水资源的合理管理和地下工程的安全可靠建设。
1.2文章结构1.2 文章结构本文将按照以下结构进行展开讨论达西定律的流速问题：第一部分是引言，将以概述的方式介绍达西定律流速的背景和相关概念。
我们将明确文章的目标和意义，为读者提供对整篇文章的整体了解。
第二部分是正文，将分为三个小节来探讨达西定律的定义和原理、应用领域以及局限性。
在2.1小节中，我们将详细介绍达西定律的定义和原理，解释其中的数学表达式和物理概念，并说明其在理解流体流动中的重要性。
达西定律
3.达西（Dracy）渗透定律(1)达西渗透实验与达西定律地下水在土体孔隙中渗透时，由于渗透阻力的作用，沿程必然伴随着能量的损失。
为了揭示水在土体中的渗透规律，法国工程师达西(H.darcy)经过大量的试验研究，1856年总结得出渗透能量损失与渗流速度之间的相互关系即为达西定律。
达西（Henri Philibert Gaspard Darcy,1803～1858）,法国著名工程师，1855年提出了达西定律，1857年提出了紊流沿程水头损失计算的著名经验公式。
图2-3 达西渗透实验装置图达西实验的装置如图2-3所示。
装置中的①是横截面积为A的直立圆筒，其上端开口，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滤板②，滤板上填放颗粒均匀的砂土。
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⑤中，并以此来计算渗流量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。
达西分析了大量实验资料，发现土中渗透的渗流量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，即（2-1）或（2-2）式中i=△h/l，称为水力梯度，也称水力坡降；k为渗透系数，其值等于水力梯度为1时水的渗透速度，cm/s 。
式（2-1）和（2-2）所表示的关系称为达西定律，它是渗透的基本定律。
（2）达西定律的适用范围达西定律是由砂质土体实验得到的，后来推广应用于其他土体如粘土和具有细裂隙的岩石等。
进一步的研究表明，在某些条件下，渗透并不一定符合达西定律，因此在实际工作中我们还要注意达西定律的适用范围。
大量试验表明，当渗透速度较小时，渗透的沿程水头损失与流速的一次方成正比。
在一般情况下，砂土、粘土中的渗透速度很小，其渗流可以看作是一种水流流线互相平行的流动——层流，渗流运动规律符合达西定律，渗透速度v与水力梯度i的关系可在v-i坐标系中表示成一条直线，如图2-4(a)所示。
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2 工程地质概述
三、地质年代
基本概念：
地壳发展历史与地壳运动、沉积环境及生物演化
相应的时代段落，地质年代有绝对的和相对的之分， 相对地质年代在地史的分析中广为应用。
地质年代的划分： 代 纪 世 期
地质年代对应的地层单位： 界 系 统 阶（层）
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2 工程地质概述
2-4 不良地质条件
断层
岩层节理发育
山坡滑动
河床冲淤 岸坡失稳 河沟侧向位移
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2 工程地质概述
2-5 地下水
一、地下水的埋藏条件
上层滞水
埋藏在地表浅处、局部隔水层 （透水体）的上部且具有自由 水面 的地下水。
潜水
埋藏在地表以下第一个稳 定隔水层以上的具有自由水面 的地下水。
承压水
充满于两个连续的稳定隔 水层之间的含水层中的地下水。 1-上层滞水；2-潜水；3-承压水
岩 石
沉积岩
变质岩
地表分布最广
根据岩石的外观特征用肉眼和简单工具进行鉴别
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2 工程地质概述
2-2 土的成因类型
岩石 地球
土：第四纪沉积物 残 积 土 坡 积 土 洪 积 土 冲 积 土 海 积 土 湖 积 土 风 积 土 冰 积 土
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风化 剥蚀 搬运 沉积
土
地球
2 工程地质概述
残积土
岩石经风化后未被搬运而残留于原地的碎 屑物质所组成的土体 残积土的分布受地形控制 残积土中残留碎屑的矿物成分，在很大程 度上与下卧母岩一致
二. 渗流破坏
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 成大于细粒径的孔隙通道
管涌破坏
外因——渗透力足够大
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2 工程地质概述
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vi
v k i
注意：
2 工程地质概述
三、动水力和渗流破坏
一. 动水力（渗透力）
动水力的概念
物理意义：地下水的渗流对单位体积 土体内土骨架所产生的力。 大小： GD= γwi
方向：与i方向一致（均质土与渗流方向一致）
作用对象：土骨架
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2 工程地质概述
二. 渗流破坏
土工建筑物及地基由于渗流作用而出现的破坏 基本类型
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2 工程地质概述
2-3 地质作用与地质构造
一、地质作用
概念：引起地壳成分和构造以及地表形态发生
变化的作用。 分类：内力地质作用和外力地质作用。 地貌：地壳在内力和外力地质作用下，形成了 各种类型的地形。 基岩：原来生成的、具有一定连续性的岩石 覆盖土：覆盖在基岩之上的各种成因的沉积物
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地貌特征，靠山近处窄 而陡，离山较远处宽而缓， 形似扇形或锥体，称为洪 积扇（锥）
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2 工程地质概述
冲积土
平原河谷横断面示例
山区河谷横断面示例
河流两岸的基岩及其上部覆盖的松散物质，被河流流水剥 蚀后，经搬运、沉积于河流坡降平缓地带而形成的沉积土 具有明显的层理构造 ，具有明显的分选现象 可分为平原河谷冲积土、山区河谷冲积土和三角洲冲积土 等类型
2 工程地质概述
二、地质构造
基本概念：地壳中的岩体由于受到地壳运动的作用而
发生连续或不连续的永久性形变而形成的种种构造形态。
基本类型
褶皱构造：地壳运动使层状岩层在构造应力作用下形成一系
列波状弯曲而未丧失其连续性的构造。分为背斜和向斜两种。
断裂构造：在地壳运动的作用下，岩层丧失了原有的连续完 整性，在其内部产生了许多断裂面 。分为节理和断层两种类型。
原生矿物：由岩浆冷凝生成 矿物
次生矿物：由原生矿物风化生成
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2 工程地质概述
二、岩石的成因类型
岩浆岩
由岩浆侵入地壳或喷出地表而形成 在地表由原岩经风化剥蚀作用而形 成的岩石碎屑、溶液析出物或有机 质等，经搬运到陆地低洼处或海洋 中沉积，再经成岩作用而形成 岩石由于地壳运动和岩浆活动等的 影响发生矿物成分、结构构造的改 变而形成新的岩石
第 二 章
工程地质概述
本章内容
岩石的类型和特征
土的成因类型
地质作用与地质构造 不良地质条件
地下水
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2 工程地质概述
2-1 岩石的类型和特征
岩石 地球 成分
由一种或 多种矿物 组合而成 的矿物
集合体
强度和稳定性
性质
变化
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2 工程地质概述
一、主要的造岩矿物
矿物：地壳中天然生成的自然元素或化合物 。 造岩矿物 ：组成岩石的矿物（30余种） 。
流砂 管涌
形成条件
防治措施
时： i < icr : i > icr : i = icr : 经验判断：
土体处于稳定状态
土体发生流砂破坏
土体处于临界状态
i cr i i Fs
[ i ] : 允许坡降 Fs: 安全系数1.5～2.0
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2 工程地质概述
渗透定 律
物理意义：水力坡降i＝1时的渗流速度 单位：mm/s, cm/s, m/s, m/day i：水力梯度，或水力坡降 适用条件：层流，即流速不大时，可用雷诺数 Re进行判断 v是假想渗流速度，土体试样全断面的平均渗流速度。 在砂土中水的运动符合于达西定律；而在粘性土中只 有当水力梯度超过所谓起始梯度时才开始发生渗流。 对于砾石、卵石等粗粒土中的渗流，一般速度较大， 达西定律不再适用，工程中采用经验公式求渗透速度。 土的渗透系数可以通过室内渗透试验或现场抽水试验 来测定。
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2 工程地质概述
二、土的渗透性
碎散性 多孔介质
三相体系
孔隙流体流动
水、气等在土体孔隙中流动的现象
土具有被水、气等流体透过的性质
渗流 渗透性 渗透特性 强度特性 变形特性
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土木工程领域内的许多工程实践 都与土的渗透性密切相关。
2 工程地质概述
达西定律
k: 反映土的透水性能的系数，称为渗透系数
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2 工程地质概述
坡积土
雨雪水流将高处的岩石风 化产物，顺坡向下搬运搬 运，或由于重力的作用而 沉积在较平缓的山坡或坡 角处的土 一般分布在坡腰或坡脚， 其上部与残积土相接 随斜坡自上而下逐渐变缓， 呈现由粗而细
矿物成分与下卧基岩没有直接关系
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2 工程地质概述
洪积土
由暴雨或大量融雪骤然集 聚而成的暂时性山洪急流， 将大量的基岩风化产物或 将基岩剥蚀、搬运、堆积 于山谷冲沟出口或山前倾 斜平原而形成的堆积物 离山区由近渐远颗粒呈现 由粗到细的分选作用