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水力梯度
鎖定
- 中文名
- 水力梯度
- 外文名
- hydraulic gradient
- 意 義
- 使水以一定流速流動的驅動力
- 概 念
- 兩點水位差與該兩點間的距離之比
- 影 響
- 滲透係數、潛蝕破壞
- 學 科
- 土力學、水力學
水力梯度簡介
水力梯度是指沿水流方向上單位滲透途徑上的水頭損失。地下水在運動過程中要克服摩擦阻力,不斷消耗機械能,產生水頭損失,沿流線方向水頭損失最大,水頭值下降最快,水頭線永遠是一條下降的曲線,水頭線上某點的曲率,即為該點的水力梯度。或者説水力梯度就是沿地下水流方向上單位滲透途徑上的水頭損失
[1]
。在土力學或水力學中,滲透係數、潛蝕破壞等都與水力梯度有着十分密切的關聯。
水力梯度滲透係數
滲透係數也稱水力傳導係數, 是指飽和多孔介質單位水力梯度時的滲流速度。滲透係數不僅取決於岩石的性質(如粒度成分、顆粒排列、充填狀況、裂隙性質及其發育程度等, 而且與滲透液體的物理性質(容重、黏滯性等) 有關。滲透係數可以通過數值模擬反演以及室內實驗等方法求得。實驗室測定滲透係數可以通過達西定律等方法進行計算。達西定律也稱線性滲透定律, 是研究滲流和介質滲透性與水力梯度之間的數量關係的重要定律 。一般説來, 根據達西定律,滲透係數與水力梯度之間無相關關係, 但從一些實驗研究中發現, 水力梯度在一定的條件下對滲透係數是有影響的。當水力梯度較小時,隨着水力梯度的增大,滲透係數逐漸減小;滲透係數的變化速率隨着水力梯度的不同而不斷變化,水力梯度小於0.25時滲透係數的改變較大, 當水力梯度大於0.25時滲透係數基本穩定;粗砂介質中水力梯度對滲透係數的影響最大, 中砂次之, 細砂對滲透係數的影響最小
[2]
。
水力梯度潛蝕破壞
潛蝕破壞是指水流在一定水力梯度下產生的較大的動水壓力沖刷、挾走細小顆粒或溶蝕岩土體,使岩土體中的孔隙逐漸增大,甚至形成洞穴,導致岩土體鬆動或破壞,以致產生地表裂縫、塌陷、影響建築工程的穩定。在黃土和岩溶等地區的巖、土層中最易發生潛蝕作用。潛蝕作用有機械潛蝕和化學潛蝕。潛蝕產生的條件主要有兩點:一是有適宜的岩土顆粒組成;二是有足夠的水動力條件。潛蝕作用的結果是導致岩石土體結構鬆動甚至破壞。機械潛蝕和化學潛蝕一般是同時進行的,且二者相互影響,相互促進的。
水力梯度化學潛蝕
化學潛蝕是指潛蝕作用的一種。是水流從岩土中溶濾並帶走可溶鹽類,削弱岩石內部聯結,使岩土鬆散的現象。例如,在水庫工程中,庫水作為一種溶液, 在向壩基移動的過程中會產生水與壩基岩石之間、水與帷幕之間、混凝土之間的相互作用,壩基水質特徵的形成是這些作用共同作用的結果,但它可能引起壩基軟弱岩層的化學潛蝕 (包括對帷幕、混凝土的侵蝕)。化學潛蝕常為機械潛蝕創造了流通條件。
水力梯度機械潛蝕
地下水滲流產生的動水壓力小於土顆粒的有效重度,即滲流水力坡度小於臨界水利坡度,雖然不會發生流砂,但是土中細小顆粒仍有可能穿過粗顆粒之間的孔隙被滲流攜帶而走。時間長了,將在土中形成管狀空洞,使土體結構破壞,強度降低,壓縮性增加,這種現象稱之為機械潛蝕。
- 參考資料
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- 1. 代革聯. 對水力梯度的理解及其應用分析[J]. 西北地質,1997,(04):102-105. .中國知網[引用日期2017-10-29]
- 2. 王福剛,張佳慧,于吉洋,許靜. 不同水力梯度對滲透係數影響研究[J]. 實驗技術與管理,2015,32(06):25-28 .中國知網[引用日期2017-10-29]