土力学新论：达西（Dracy）渗透定律解析

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（Darcy）经过大量的试验研究，于1856年总结得出渗透能量损失与渗流速度之间的相互关系，即达西定律。

图15.3　达西渗透实验装置示意图

达西实验的装置如图15.3所示。装置中的主体部分是横截面积为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，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流入量杯中，并以此来计算渗流量q。设Δt时间内流入量杯的水体体积为ΔV，则渗流量为q=ΔV/Δt。同时读取断面1-1和断面2-2处的侧压管水头值h1和h2，得到两断面之间的水头损失Δh。

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Δh成正比，与断面间距L成反比，即：

式中，q为单位时间渗流量（cm3/s）；i为水力梯度，也称水力坡降，i=Δh/L；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）；v为渗流速度（cm/s）。(www.xing528.com)

式（15.1）和（15.2）所表示的关系称为达西定律。它是渗透的基本定律，反映了土中孔隙水运动流速与水力梯度之间的物理关系。

在实际中，对于砂土，若孔隙率为n，土体的截面为A，则孔隙部分的面积为AV=nA，渗透水流实际的平均渗透流速vs用下式求得：

式中，n为土的孔隙率，n=e/（1+e）<1，e为孔隙比；vs是宏观统计的实际渗流速度，并不是局部孔隙的真实渗流速度。

此外还应注意，在达西定律中，对渗透系数k仅考虑与土的渗透性质有关，而忽略了渗透液体（水）对k的影响。渗透液体对渗透性的影响主要是液体的密度和黏滞性。在岩土工程中，土体中的液体大多数为水体。在土中经常遇到的温度和压力范围内，水的密度变化很小，对渗透性不会产生明显的影响；温度的影响会使水的黏滞性产生变化，从而影响渗透系数的变化。因此，在工程应用上，对实验测定的渗透系数应进行温度（黏滞性）校正，以消除水的性质对渗透性的影响。