达西渗透定律
达西渗透定律适用条件
达西渗透定律适用条件
达西渗透定律是描述流体在渗透过程中流速与渗透性质之间关系的经验规律。
根据这个定律，渗透速率与渗透性质成正比，与渗透介质的性质和渗透面积成反比。
然而，达西渗透定律并不适用于所有情况，它具有以下适用条件：
1. 饱和渗透：达西渗透定律适用于渗透介质是饱和状态的情况，即渗透介质中
存在着充足的流体。
在非饱和状态下，渗透性质与流速之间的关系不再遵循达西渗透定律。
2. 同质渗透介质：达西渗透定律通常适用于同质渗透介质，即具有均匀物理和
化学特性的渗透介质。
如果渗透介质是多孔、非均质或具有不同渗透性质的介质，达西渗透定律可能失效。
3. 稳定渗透条件：达西渗透定律假设渗透速率与时间无关，适用于稳定渗透条
件下的情况。
如果渗透介质中存在时间依赖性的渗透性质变化，达西渗透定律可能不再适用。
4. 局部渗透特性：达西渗透定律适用于描述局部渗透特性，即在有限的渗透面
积上的流动情况。
对于大范围的渗透问题，如地下水流动等，达西渗透定律可能需要结合其他理论进行分析。
总结起来，达西渗透定律适用于饱和、同质、稳定和局部渗透条件下的渗透问题。
在实际应用中，我们需要根据具体情况判断是否可以使用达西渗透定律，并结合其他相关理论进行综合分析和解决问题。
2 土的渗透性与达西定律
形成临空面，在动水力的作用下可能产生流砂现象。这时，
坑底土边挖边随水涌出，无法清除，站在坑底的人和放置的 施工设备也会陷下去。由于坑底土随水涌入基坑，使坑底土 的结构破坏，强度降低，将来会使建筑物产生附加沉降。 一般情况下，施工前应做好周密地勘测工作，当基坑底 面的土层属于容易引起流砂现象的土质时，应避免采用排水 沟明排地下水，而应采用人工降低地下水位（井点降水）的
（6）土中气体
当土中存在封闭气泡时，会阻塞水的渗透，从而降低了 土的渗透性。
二、动水力及渗流破坏
1．动水力
水在土中渗流时，受到土颗粒的阻力T的作用，这个力的
作用方向与水流方向相反。根据作用力与反作用力相等的原 理，水流也必须有一个相等的力作用在土的颗粒上，我们把 水在土中渗流时，对单位体积土骨架所产生的作用力称为动 水力GD（kN/m3）。
达西定律为：
V=k(i-ib)
式中: ib---起始水头梯度（起始水力坡降）。
砾类土和巨粒土中，只有在小的水力坡降下，渗透速
度与水力坡降才呈线性关系，而在较大的水力坡降下，水 在土中的流动进入紊流状态，呈非线性关系，此时达西定 律不能适用，如上图（c）所示，需建立紊流情况下的公 式关系。
3．渗透系数的确定方法:
GD=iγw
*总结：动水力是一个渗透力，是地下水在渗流过程中对
单位体积土骨架所产生的作用力，其大小与水力坡降成正 比，其方向与渗流方向一致。
2．流砂 当水流向下流动时，动水力方向与重力方向一致，使 土颗粒压得更加紧密，对工程有利。反之，当水流向上渗 流时，动水力的方向与重力方向相反。当动水力GD的数值
方法进行施工。
井点降水
3．管涌：在渗流作用下，无粘性土体中的细小颗粒，通
渗透定律试验实验报告
一、实验目的1. 理解渗透定律试验的基本原理。
2. 掌握渗透定律试验的操作方法。
3. 学习如何通过实验数据计算渗透系数。
4. 分析不同条件下渗透系数的变化规律。
二、实验原理渗透定律，又称达西定律，描述了在层流条件下，土体中水渗流速度与水力梯度之间的关系。
其表达式为：\[ V = k \cdot i \]其中，\( V \) 为水渗流速度，\( k \) 为渗透系数，\( i \) 为水力梯度。
渗透系数 \( k \) 是土体渗透性能的重要指标，其数值的大小取决于土体的颗粒组成、孔隙结构、孔隙水性质等因素。
三、实验仪器与材料1. 达西实验装置：包括直立圆筒、滤板、土样、测压管等。
2. 天然土样：采集不同类型的土样，如砂土、粘土等。
3. 量筒、天平、计时器等。
四、实验步骤1. 准备实验装置，包括直立圆筒、滤板、土样等。
2. 将土样放入圆筒中，使其密实。
3. 在土样上下两端分别安装测压管，并用橡皮塞封闭。
4. 向圆筒中加入水，使水位高于土样顶部。
5. 记录初始水头差 \( h_1 \)。
6. 打开橡皮塞，让水自由渗流，同时开始计时。
7. 每隔一定时间 \( t \) 记录测压管中的水头差 \( h_2 \)。
8. 当水头差基本稳定时，记录最终水头差 \( h_3 \)。
9. 重复上述步骤，进行多次实验。
五、实验数据与结果处理1. 计算水力梯度 \( i \)：\[ i = \frac{h_2 - h_1}{L} \]其中，\( L \) 为土样长度。
2. 计算渗透速度 \( V \)：\[ V = \frac{h_2 - h_1}{t} \]3. 计算渗透系数 \( k \)：\[ k = \frac{V}{i} \]六、实验结果与分析1. 通过实验数据计算不同土样的渗透系数 \( k \)。
2. 分析不同压实方式和配合比对渗透系数的影响。
3. 比较不同土样的渗透系数，探讨其渗透性能差异。
七、实验结论1. 渗透定律适用于层流条件下土体中水的渗流。
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
常水头达西定律
常水头达西定律
摘要：
1.达西定律的定义和概念
2.达西定律的公式和原理
3.达西定律在水文学和水利工程中的应用
4.常水头达西定律的局限性和未来发展
正文：
达西定律是水力学中一个非常重要的定律，它描述了流体在多孔介质中的渗流规律。
常水头达西定律是达西定律的一种特殊形式，它假设渗流区域中的水头保持恒定。
达西定律的公式为：Q = KiA，其中Q 表示渗流量，K 表示渗透系数，i 表示水力坡度，A 表示渗流面积。
这个公式表明，渗流量与渗透系数、水力坡度和渗流面积成正比。
在水文学和水利工程中，达西定律被广泛应用于地下水的研究、灌溉系统的设计、污染物的扩散和地下水的控制等方面。
通过应用达西定律，可以预测和计算地下水的流动和分布，从而更好地理解和利用水资源。
然而，常水头达西定律也有其局限性。
首先，它假设水头保持恒定，这在实际情况中并不总是成立。
其次，它假设渗流区域是均质的，这也是不符合实际情况的。
因此，常水头达西定律只是一种理想化的模型，不能完全反映实际情况。
渗流力学达西定律公式
渗流力学中的达西定律公式是描述液体在多孔介质中流动的重要公式。
公式如下：
q=-K*A*（ΔP/L）
其中，q表示流速，K表示多孔介质的渗透率，A表示多孔介质的横截面积，ΔP表示压力差，L表示渗流路径的长度。
这个公式表明，流速与压力差成正比，与渗流路径的长度和多孔介质的渗透率成反比。
它基于一系列物理假设，包括液体是不可压缩的，多孔介质是各向同性的，流动是稳态的，以及忽略重力和惯性力的影响。
值得注意的是，达西定律公式只适用于层流状态，不适用于湍流状态。
在层流条件下，液体在多孔介质中流动时，流速与压力差成正比，并且流量与横截面积和压力差的乘积成正比。
在湍流条件下，流速和压力差之间的关系更为复杂，需要考虑更多的因素。
此外，渗透率K是描述多孔介质性质的重要参数。
它反映了多孔介质对液体流动的阻力，并与多孔介质的孔隙率、孔隙大小和分布等因素有关。
在多孔介质中，渗透率越大，表示阻力越小，流速越大。
在实际应用中，达西定律公式被广泛应用于石油、水文地质等领域。
通过测量多孔介质的渗透率、横截面积、压力差等参数，可以计算出流速和流量等参数，从而更好地了解液体在多孔介质中的流动规律。
这有助于优化资源开发、提高能源利用效率、保护生态环境等方面的工作。
多层饱和土垂直渗透系数的计算
多层饱和土垂直渗透系数的计算
达西定律（Darcy's law）表述了饱和土孔隙水的渗流速度与水力坡降之间呈线性关系，1856年由法国工程师达西通过实验得到。
达西定律是针对均质单层饱和土的层流渗透现象，其简洁表达式为：
式中，v表示渗透速度（cm/s），k表示渗透系数（cm/s），i表示水力坡降。
i=Δh/L，表示水头损失（cm），L表示渗透距离（cm）。
工程实践上，经常遇到互层土、成层土等多层饱和土，取样室内渗透试验往往只是针对某一均质土层饱和土进行的渗透试验，因此，依据各单层均质饱和土的渗透系数计算多层饱和土的垂直渗透系数是很
重要的技术。
如图，三层饱和土，L1、L2、L3分别表示三个饱和土层的渗透距离，k1、k2、k3分别表示三个饱和土层的渗透系数，i1、i2、i3分别表示三个饱和土层的水力坡降，Δh1、Δh2、Δh3分别表示三个饱和土层的水头损失。
L、k、i、Δh分别表示三层饱和土总的渗透距离、渗透系数、水力坡降和水头损失。
列出下列公式：
本文列出了多层饱和土垂直渗透系数的计算公式及推导，供相关岩土工程专业技术人员参考。
土力学课件第三章土的渗透性
第三章 土的渗透性
【例题3－3】如图所示，若地基上的土粒 比重Gs为2.68，孔隙率n为38.0％， 试求：
（1）a点的孔隙水应力和有效应力； （2）渗流逸出处1－2是否会发生流土？ （3）图中网格9，10，11，12上的渗流
力是多少？
【解】 （1）由图中可知，上下游的水位差h=8m，等势线的间隔数N＝10，则相
于是，根据有效应力原理，a-a平面上的有效应力为
与静水情况相比，当有向下渗流作用时，a-a平面上的总应力保持不 变，孔隙水应力减少了γwh。因而，证明了总应力不变的条件下孔 隙水应力的减少等于有效应力的等量增加。
第三章 土的渗透性
向上渗流的情况： a-a平面上的总应力
a-a平面上的孔隙水应力
a-a平面上的有效应力为 u h2 wh
第三章 土的渗透性
三、在稳定渗流作用下水平面上的孔隙水应力和有效应力
图3－23(a)表示在水位差作用下发生由上向下的渗流情况。此时在 土层表面b-b上的孔隙水应力与静水情况相同，仍等于γwh1，面a-a 平面上的孔隙水应力将因水头损失而减小，其值为
第三章 土的渗透性
a-a平面上的总应力仍保持不变，等于
Ww wVw wVs wV wab
（2） U1 w (h1 h2 )b
（3）
U w wh0a
（4）土粒对水流的总阻力Fs
渗流力的大小与水力梯度成正比，其作用方向与渗流（或流 向）方向一致，是一种体积力。
第三章 土的渗透性
沿水流方向力的平衡
U1 Ww sin Fs 0
形的能力就强。
如果透水性弱，抵抗渗透变
防止渗透变形发生的措施： （1）减小水力梯度；
压重、反滤层、减压井
（2）加盖
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达西渗透定律
(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。
图1 达西渗透实验装置图
达西实验的装置如图1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
（1-1）
或
（1-2）
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（1-1）和（1-2）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(a)所示。
粗颗粒土（如砾、卵石等）的试验结果如图2(b)所示, 由于其孔隙很大，当水力梯度较小时，流速不大，渗流可认为是层流, v-i关系成线性变化，达西定律仍然适用。
当水力梯度较大时，流速增大，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关系呈非线性变化, 达西定律不再适用。
图2(a) 细粒土的v-i关系图2(b) 粗粒土的v-i
关系
①砂土、一般粘土②颗粒极细的粘土
少数粘土（如颗粒极细的高压缩性土，可自由膨胀的粘性土等）的渗透试验表明，它们的渗透存在一个起始水力梯度i b，这种土只有在达到起始水力梯度后才能发生渗透。
这类土在发生渗透后，其渗透速度仍可近似的用直线表示,即v=k(i－i b)，如图2(a)中曲线②所示。