土的滲透性
正文
土是一種多孔介質，由固體顆粒組成的骨架和充填骨架間孔隙的流體（水和空氣）所組成（見土的工程性質）。骨架間的孔隙是連通的，孔隙中的流體可以在本身重力和其他外力作用下在孔隙中流動，這就是土中水的滲流運動。對土中水的滲透性的研究是土力學中一個重要課題。它與土的強度、變形等力學特性有緊密聯繫，土中水的滲透規律是土的本構定律的一個重要組成部分，在許多工程領域有廣泛的套用。土的滲透規律 土中水或空氣可以在水頭差、電位差、溫度差、鹽濃度差等勢能作用下產生相應的滲流運動，其最終的合成運動就是這些個別運動的向量和。土力學中一般研究在水力梯度作用下孔隙水的滲流運動。
飽和土滲透規律 基本形式是法國工程師H.-P.-G.達西在1855年提出的，其表達式為
v＝-Ki(1)
即滲透流速v與水力梯度i呈線性關係。 比例常數K稱為滲透係數,K值由乾淨礫石的101厘米/秒變化到純粘土的小於10-9厘米/秒，相差達1010倍以上。
達西定律是均勻不可壓縮流體的單向滲流運動方程。可用微分形式推廣到二向和三向滲流。一般可以向量形式表達為
q＝-Ki＝-Kgradh (2)
對不均勻流體、可壓縮流體、多相流、非飽和滲流等條件下的運動方程，也常採用和達西定律相似的表達式。
土中水的滲流運動可分為層流和紊流兩種基本類型，還有一個過渡區，各有不同的滲透規律。一般認為達西定律僅適用於層流區，其適用上限為層流區和過渡區的分界點。在層流區內的細粒土，由於土和土粒表面的相互作用，或細顆粒和氣泡在孔隙中移動而使滲透性發生變化，也會使滲流偏離達西定律，尤以小流速、小比降時為甚，此即達西定律適用的下限。實驗研究表明，除堆石體、排水體可能超過其適用上限，密實的高塑性粘土或細顆粒可能在孔隙中自由移動的土，也可能有偏離外，土力學中涉及的多數對象，都在達西定律適用範圍之內。
超過達西定律上限的非線性規律可表達為
v＝Gim m＝0.5～1.0 (3)
粘土偏離達西定律的非線性規律一般有兩種形式，其一認為有一起始比降,小於它時無滲流；另一為v-i關係是通過原點的曲線，不存在起始比降。
非飽和土滲透規律 非飽和土孔隙中同時存在水和空氣。高飽和度時，氣相封閉在液相之間，形成氣封閉系統，只有一個透水性Kw。中等飽和度時，氣相和液相都是連通的，形成雙開敞系統，有透水性Kw和透氣性Ka兩個滲透性，要用分別控制孔隙水和氣壓力的方法，保持滲透過程中結構和飽和度不變，分別予以測定。
流網及滲流 流網包括相互正交的兩組曲線，一組是與水流途徑相符合的流線，另一組為各點有相同水頭的等勢線。流網的性質：①相鄰流線間的每一流槽，通過的滲流量相同；②兩相鄰等勢線間的水頭差相等；③流線與等勢線正交；④對均勻土而言，由相鄰流線與等勢線圍成極為近似的正方形；⑤流網的任一點，等勢線間距與水力梯度成反比，而流線間距則與滲透速度成正比。因此，可從流網計算各點的水力梯度、作用水頭和滲透水壓力，供穩定分析和滲流控制設計之用。
流網圖可以用模擬試驗和數值計算方法求得，對簡單邊界條件，也可用理論分析求解，甚至用目測繪製。
土的滲透性粘性土滲透破壞的主要形式是邊界面上的剝落和沿裂縫的沖刷。其抵抗滲透破壞的能力與粘土礦物、物理化學和結構特性等密切相關：具有穩定膠結的團粒粘土的滲透穩定性好，而不穩定膠結的分散性粘土的滲透穩定性差。
為了保護土體不在邊界面上發生管涌、流土、接觸沖刷、接觸流土等形式的滲透變形現象，常常採用反濾層的工程措施，使滲透水可以自由流出土體，而不將土粒帶走，從而提高抗滲能力。70年代以來，用土工織物作為反濾層已逐漸推廣套用。
水力劈裂 土體中某點的外加水壓力大於該點的小主應力與抗拉強度之和時，即將開裂而使水的滲流量大大增加，而在水壓力降低到一定數值時又重新閉合的現象稱水力劈裂效應。
在用原位注水試驗測定滲透係數時，水壓力不應引起土體的水力劈裂，以免得到偏大結果，也不能單純用鑽孔失水作為土體中存在裂縫的佐證。水力劈裂現象還可用以測定原位土體的側壓力，用劈裂灌漿處理不可灌土體等。
