渗流场简介

渗流场作为地质体的赋存环境因素之一，影响地质体的变形破坏及工程地质稳定性。资料表明，90%以上的自然或人工滑坡与渗流场地下水活动有关：煤矿在竖井建设中，约60%的灾害与渗流场的滴水有关。

渗流场既是地质体的赋存环境，又是地质体的组成成分。在力学作用上，渗流场中地下水的多少，既可以使地质体的稳定状态发生变化，同时又是其地应力的组成成分。渗流场中地下水的补给、径流、排泄特点是地质体的动态水文地质边界条件，地下水的化学性质决定了地质体的化学成分变化。因此，渗流场也是地质体演化的重要影响因素。作为地应力的一部分，渗流场中地下水状况直接与地质体内部的地应力分布相联系。例如，潜水状态下，地下水减小了地质体内的自重应力；在暴雨情况下，渗入地质体内的地下水来不及排出，导致地质体内孔隙水压力（土体）或裂隙水压力（岩体）急剧增大，地质体内部结构之间的有效应力急剧降低，从而引起地质体变形或破坏，如滑坡；承压水状态下，过量抽取地下水，增大了地质体内部结构之间的有效应力，引起结构骨架压缩，宏观上表现为地质体变形，引起地面沉降。2100433B

渗流是水在土壤孔隙中的运动，而土壤孔隙的形状、大小和分布是极为复杂的，因此渗流水质点的运动轨迹也是很不规则的，具有随机性质。但在实际工程上。并不需要了解具体孔隙中的渗流情况，而是采用某种统计平均值来描述渗流，即用简化了的渗流模型来代替实际的渗流。为研究方便，对实际的渗流提出两点简化。其一，不考虑渗流路径的曲折迂回，只考虑它的主要流向；其二，略去渗流区的土壤颗粒，认为渗流充满全部的流动空问(包括土壤颗粒和孔隙)。但实际渗流中土壤颗粒与水之间的相互作用在渗流模型中仍然存在。为了使假想的渗流模型在水力特性方面和实际渗流相一致，它必须满足下列条件：①对于同一过水断面，渗流模型所通过的流量等于实际渗流所通过的流量；②渗流模型和实际渗流在同一流程内的水头损失相等。这样，渗流模型就可以完全模拟真实渗流。

由于采用了渗流模型，渗流被看作是在包括土壤骨架和孔隙在内的全部空间的连续介质的运动，因此渗流的运动要素将作为全部空间的连续函数来研究。这样，就像研究液流运动一样，可以采用有关连续函数的数学工具来研究渗流。要注意的是，渗流模型的流速和实际渗流的流速是不相等的，在渗流模型中，任一过水断面上的渗流流速定义为

式中：△Q为通过微小过水断面△A的渗透量；△A为包括骨架在内的假想过水断面面积。

若土壤的孔隙率为n，则真是渗流的过水断面面积应为n△A，这时渗流在孔隙中的的统计平均流速为

u'为真实的渗流流速。可见真实渗流的流速比渗流模型的流速大。

渗流随液流运动一样，可分为恒定渗流和非恒定渗流、均匀渗流和非均匀渗流、渐变渗流和非渐变渗流、无压渗流和有压渗流，按空间看分为一元渗流、二元渗流和三元渗流。

土中渗流有稳定渗流与随时间变化的非稳定渗流，以及考虑土体变形的固结排水非稳定渗流。渗流除受重力水作用外，有时还要考虑毛管水的吸力作用，以及电渗排水中的电势差和热渗中的温差作用。除饱和渗流外，还有非饱和渗流。这些描述多孔介质中液体运动规律的理论称渗流理论，它的基础建立在地下水运动方程上，可以由作用在液体上各力的平衡求得 。2100433B

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。通常，在地表面以下的土壤或岩层中的渗流称为地下水运动，是自然界最常见的渗流现象。渗流在水利、地质、采矿、石油、环境保护、化工、生物、医疗等领域都有广泛的应用。如开发利用地下水资源、防止建筑物地基发生渗透变形、基坑排水等均需应用渗流理论。渗流是水在土壤孔隙中的运动，而土壤孔隙的形状、大小和分布是极为复杂的，因此渗流水质点的运动轨迹也是很不规则的，具有随机性质。但在实际工程上。并不需要了解具体孔隙中的渗流情况，而是采用某种统计平均值来描述渗流，即用简化了的渗流模型来代替实际的渗流。为研究方便，对实际的渗流提出两点简化。其一，不考虑渗流路径的曲折迂回，只考虑它的主要流向；其二，略去渗流区的土壤颗粒，认为渗流充满全部的流动空问(包括土壤颗粒和孔隙)。但实际渗流中土壤颗粒与水之间的相互作用在渗流模型中仍然存在。为了使假想的渗流模型在水力特性方面和实际渗流相一致，它必须满足下列条件：①对于同一过水断面，渗流模型所通过的流量等于实际渗流所通过的流量；②渗流模型和实际渗流在流程内的水头损失相等。这样，渗流模型就可以完全模拟真实渗流。