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相同条件下,温度升高,水在土中的渗透系数( )。

发表时间:2024-07-22 17:00:10 来源:网友投稿

相同条件下温度升高,水在土中的渗透系数( )。

A 、变大

B 、变小

C 、不变

D 、或大或小

参考答案:

【正确答案:A】

哪些因素会影响土的渗透性?

(1)土粒的大小和级配。土的颗粒大小、形状及级配,影响土中孔隙大小及其形状,因而影响土的渗透性。土颗粒越粗、越浑圆、越均匀时,渗透性就大。砂土中含有较多粉土及黏土颗粒时,其渗透系数就大大降低。

(2)土的孔隙比。孔隙比小土中孔隙相对较少,渗透性也差。

(3)土的结构构造,天然土层通常不是各向同性的,在渗透性方面往往也是如此。如黄土具有竖直方向的大孔隙,所以竖直方向的渗透系数要比水平方向大得多。层状黏土常夹有薄的粉砂层,它在水平方向的渗透系数要比竖直方向大得多。

(4)水的温度。同样条件下水的温度越高,其渗透性越好。

渗透系数、渗透率和导水系数

渗透系数K,也称水力传导系数,是一个重要的水文地质参数。根据(1—27)式,当水力坡度J=1时,渗透系数在数值上等于渗流速度。因为水力坡度无量纲,所以渗透系数具有速度的量纲。即渗透系数的单位和渗流速度的单位相同,常用cm/s或m/d表示。

渗透系数不仅取决于岩石的性质(如粒度、成分、颗粒排列、充填状况、裂隙性质及其发育程度等),而且与渗透液体的物理性质(容重、粘滞性等)有关。理论分析表明,空隙大小对K值起主要作用,这就在理论上说明了为什么颗粒愈粗,透水性愈好。如果在同一套装置中对于同一块土样分别用水和油来做渗透试验,在同样的压差作用下,得到的水的流量要大于油的流量,即水的渗透系数要大于油的渗透系数。这说明对同一岩层而言,不同的液体具有不同的渗透系数。考虑到渗透液体性质的不同,Darcy定律有如下形式:

地下水动力学(第二版)

式中ρ为液体的密度;g为重力加速度;μ为动力粘度; ,对于水就是水头;k为表征岩层渗透性能的常数,称为渗透率或内在渗透率。k仅仅取决于岩石的性质,而与液体的性质无关。

比较(1—28)式和(1—31)式,可求出渗透系数和渗透率之间的关系为

地下水动力学(第二版)

由上式可导出渗透率的量纲

地下水动力学(第二版)

通常采用的单位是cm2或D(Darcy)。D是这样定义的:在液体的动力粘度为0.001Pa·s,压强差为101325Pa的情况下,通过面积为1cm2、长度为1cm岩样的流量为1cm3/s时,岩样的渗透率为1D。D和cm2这二个单位之间的关系为:

1D=9.8697×10-9cm2

在某些情况下,采用cda(10-2da)或mda(10-3da)作为渗透率的单位。

在一般情况下,地下水的容重和粘滞性改变不大,可以把渗透系数近似当作表示透水性的岩层常数。但当水温和水的矿化度急剧改变时,如热水、卤水的运动,容重和粘滞性改变的影响就不能忽略了。

近年来研究证实,渗透系数值和试验范围(如抽水试验的影响范围)有关,随着它的增大而增大。这种现象称为尺度效应。因而渗透系数是尺度x的函数,K=K(x)。这就不难解释用长时间大降深群孔抽水试验求得的渗透系数值较用短时间小降深抽水试验求得的渗透系数值大的原因了。抽水试验持续时间越长,影响范围越大,因而在一定范围内,渗透系数值会随着抽水持续时间的增长而增大。

渗透系数K虽然能说明岩层的透水性,但它不能单独说明含水层的出水能力。一个渗透系数较大的含水层,如果厚度非常小,它的出水能力也是有限的,开采价值不大。为此就引出了导水系数的概念。下面考虑通过厚度为M的承压含水层的地下水运动,如沿流向取x轴(图1—16)。根据Darcy定律

地下水动力学(第二版)

上式中的T=KM,称为导水系数,是又一个水文地质参数。其量纲是〔L2T-1〕,单位常用m2/d。它的物理含义是水力坡度等于1时,通过整个含水层厚度上的单宽流量。导水系数的概念仅适用于二维的地下水流动,对于三维流动是没有意义的。

图1—16 导水系数的概念(据J.Bear)

什么叫土的渗透性

土渗透性(permeability of soils)水在土孔隙中渗透流动的性能。表征土渗透性指标为渗透系数。土中的水受水位差和应力的影响而流动,砂土渗流基本服从达西定律。粘性土因为结合水的黏滞阻力,只有水力梯度增大到起始水力梯度,克服了结合水黏滞阻力后,水才能在土中渗透流动,粘性土渗流不符合达西定律。土力学的重要研究内容流体在土体孔隙中的流动特性。它是土的主要力学性质之一。土渗透性是土力学的重要研究内容,这是因为:①土木工程、水文地质、农业、水利、环境保护等领域的许多课题都与土的渗透性密切相关;

②土的三个主要力学性质,即强度、变形和渗透性之间,有密切的相互关系,使渗透性的研究已不限于渗流问题本身;

③土的渗透性同土的其他物理性质常数相比,其变化范围要大得多,且具有高度的不均匀和各向异性性质。土渗透性分类土的渗透性一般按土的渗透系数分类,如表1。表1 土的渗透性分类透水程度高渗透性中渗透性低渗透性极低渗透性实际不透水渗透系数K(cm/s)&gt10-110-1~10-310-3~10-510-5~10-7&lt10-7土力学中所涉及的大多数对象,都适用于达西渗流定律。粗粒料如堆石体等,密实粘土或可以自由流动的细颗粒土,可能越出达西定律适用范围。测定方法土的渗透系数(即渗透性指数)的测定方法很多,可归纳为直接法和间接法两类:直接法包括常水头法和变水头法试验,前者适用于渗透性较大的土,后者适用于渗透性较小的土;间接法包括根据固结试验成果计算和根据颗粒大小分布计算,前者适用于粘性土,后者适用于无粘性土。试验方法又可分为实验室测定和现场测定两类。各种试验方法的适用范围见表2。表2 土的渗透系数测定方法适用范围影响因素影响砂性土渗透性的主要因素为渗透流体和土的颗粒大小、形状、级配以及密度。渗透流体的影响主要是粘滞度,而粘滞度又受温度影响。温度越高,粘滞度越低,渗流速度越大。土颗粒的影响是颗粒越细,渗透性越低;级配良好的土,因细颗粒充填大颗粒的孔隙,减小孔隙尺寸,从而降低渗透性。土的密度增加,孔隙减小,渗透性也会降低。影响粘性土的渗透性的主要因素为颗粒的矿物成分、形状和结构(孔隙大小和分布),以及土-水-电解质体系的相互作用。粘土颗粒的形状为扁平的,有定向排列作用,因此渗透性具有显著的各向异性性质。渗透性的毛管模型表明,渗透流速与孔隙直径平方成正比,而单位流量与孔隙直径的四次方成正比。孔隙率相同的粘性土,粒团间大空隙占高比例的结构的渗透性,比均匀孔隙尺寸的结构的渗透性大得多,粘性土的微观结构和宏观结构对渗透性影响很大,因此实险室内的测定结果并不能反映实际的土体情况。层状粘土水平方向的渗透性往往远大于垂直方向;而黄土和黄土状土中,由于垂直大孔隙发育,其中的垂直方向的渗透性大于水平方向;裂缝粘土由于存在裂缝网络,所以渗透系数接近于粗砂,且具有严格的方向性。研究实际土体的渗透性时,必须注意它的特殊规律。

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