岩石渗流

包括渗透性、渗流理论、渗流应力状态和渗流控制等。对大多数岩石假定岩石中的水流为层流，流速与水力梯度呈线性关系,遵循达西定律。岩石渗透性用渗透系数表示,该系数在室内用渗透仪测定，在野外用压水和抽水试验测定。渗流理论借流体力学原理进行研究。稳定渗流满足拉普拉斯方程。多数岩石内的孔隙（裂隙）水压力可用K.泰尔扎吉 有效应力定律计算。为了减小大坝底面渗透压力、提高大坝的稳定性，应当采取渗流控制措施，如抽水、排水、设置灌浆帷幕以延长渗流途径等。2100433B

岩石节理渗流运动规律是岩石力学领域的基础科学问题，但节理的渗流规律及几何形貌对其影响机制仍未深入掌握。本项目以岩石节理复杂渗流规律为研究内容，开展考虑节理渗流机制的几何形貌表征方法研究。进行节理粗糙起伏、张开度、渗透梯度对其流量、流速、流态及临界雷诺数等渗流规律影响和渗透各向异性与尺寸效应的渗流试验。研究包括节理几何形貌建模、复杂渗流边界处理和高雷诺数渗流计算等的节理复杂渗流数值模拟方法，并开展几何形貌和渗流梯度等对其渗流规律影响的模拟分析。通过试验和模拟研究揭示节理几何形貌影响渗流规律的机制，应用岩石力学和流体力学等理论综合试验和模拟结果，建立考虑节理几何形貌影响的非线性渗流分析模型，为解决工程中裂隙岩体渗流规律评价问题提供理论方法。

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