渗流是指流体在孔隙介质中的流动。由颗粒状或碎块材料组成,并含有许多孔隙或裂隙的物质称为孔隙介质。渗流量是指单位时间内通过土中与渗透水流方向垂直的横断面的水量。渗流量与很多因素有关,如
渗透系数,透水地基的厚度,
水头等。
渗流量是在
水压力作用下,通过土或混凝土结构中与渗透水流方向垂直的横断面的水量。渗流量一般可以分为单宽渗流量和总渗流量,总渗流量等于不同的单宽渗流量之和。不同的土体或材料,渗流系数一般是不相同的,计算渗流量时要分别计算。可以用以下公式计算:
其中q为渗流量;v为渗透速度;A为断面面积;k为渗透系数;i为
水力梯度;H为透水厚度。渗流量是大坝防渗体重要设计内容。土石坝坝基
防渗体能够有效地降低坝体浸润线和减少坝基渗流量,一般包括黏性土截水槽、
混凝土防渗墙、 灌浆帷幕等几种形式。
渗透系数又称水力传导系数(hydraulic conductivity)。是指饱和多孔介质单位水力梯度时的渗流速度。渗透系数不仅取决于岩石的性(如粒度成分、颗粒排列、充填状况 裂隙性质及其发育程度等, 且与渗透液体的物理性质( 容重、黏滞性等)有关。在
各向同性介质中,它定义为单位水力梯度下的单位流量,表示
流体通过孔隙骨架的难易程度,表达式为:κ=kρg/η,式中k为孔隙介质的
渗透率,它只与固体骨架的性质有关,κ为渗透系数;η为动力
粘滞性系数;ρ为流体密度;g为
重力加速度。在
各向异性介质中,渗透系数以张量形式表示。渗透系数愈大,
岩石透水性愈强。强透水的粗砂砾石层渗透系数>10米/昼夜;弱透水的亚砂土渗透系数为1~0.01米/昼夜;不透水的粘土渗透系数<0.001米/昼夜。据此可见土壤渗透系数决定于土壤质地。渗透系数k 是一个代表土的渗透性强弱的定量指标,也是渗流计算时必须用到的一个基本参数。不同种类的土,k 值差别很大。因此,准确的测定土的渗透系数是一项十分重要的工作。渗透系数K是综合反映土体渗透能力的一个指标,其数值的正确确定对渗透计算有着非常重要的意义。影响渗透系数大小的因素很多,主要取决于土体颗粒的形状、大小、不均匀系数和水的粘滞性等,要建立计算渗透系数k的精确理论公式比较困难,通常可通过试验方法,包括实验室测定法和现场测定法或经验估算法来确定k值。
水力梯度,又称水力坡降或者水力坡度。指沿渗透途径水头损失与渗透途径长度的比值或指是指沿水流方向上单位渗透途径上的水头损失;可以理解为水流通过单位长度渗透途径为克服摩擦阻力所耗失的机械能;或为克服摩擦力而使水以一定流速流动的驱动力。地下水在运动过程中要克服摩擦阻力,不断消耗机械能,产生水头损失,沿流线方向水头损失最大,水头值下降最快,水头线永远是一条下降的曲线。水头线上某点的曲率,即为该点的水力梯度。或者说水力梯度就是沿地下水流方向上单位渗透途径上的水头损失。
防渗体是土石坝防渗的核心部分,它主要是利用低透水性的材料将渗流控制在允许范围内。防渗体按结构形式分为心墙、斜墙两类,其填筑材料包括粘性土、砾质土、风化料及掺和料。防渗体坝面填筑分为铺料、压实、取样检查三到主要工序,还有洒水、刨毛、清理坝面、接缝处理等项工作。 防渗体应具有足够的防渗性和一定的抗剪强度,高心墙还应具有低压缩性。因此,对防渗体土料的要求是:渗透性低;较高的抗剪强度;良好的压实性能,压缩性小,且要有一定的塑性,以能适应坝壳和坝基的变形而不至产生裂缝;有良好的抗冲蚀能力,以免发生渗透破坏等一般采用塑性心墙和斜墙,常由渗透系数较小的粘性土料构成,其尺寸和结构需满足减小渗透量,降低浸润线和控制渗透坡降防止渗透变形的要求。其类型有:粘性土心墙,粘性土斜墙,粘性土斜心墙,
沥青混凝土防渗墙。