什么是土的渗透性

Question

如题所述

Answer 1

土壤渗透性亦称“土壤透水性”。[1]即土壤对地表水的渗透能力。是影响土壤侵蚀的主要性状之一。决定于土壤的质地、结构、孔隙、湿度、剖面构型等因素。一般质地较粗、结构性好、孔隙较大、湿度较小的土壤，渗水比较容易，透水性大，地表径流量则减少。反之，土壤渗水慢、透水性小，地表径流量则增大，对土壤的浸蚀作用也就增强。土壤剖面构型中，如上一下各层的透水性能不一致时，土壤渗透性常由透水性最小的一层决定。透水性较小的一层距地面愈近，这种作用愈大，因而愈容易引起比较强烈的水土流失。
土壤渗透性[1]是描述土壤入渗快慢的极为重要的土壤物理特征参数之一，土壤渗透性越好，地表径流就会越少，土壤流失量就相应减少。土壤渗透性的测定方法较多，如双环法、环刀法、定水头渗透仪法、变水头渗透仪法、模拟降雨法、土柱法、钻孔法、稳定通量法及渗透桶法，但田间测定土壤渗透性一直是土壤水动力学研究中的一大难题，虽然双环法比较通用，但耗水耗时而且费力，野外测定十分不便。应用双环法对黄土丘陵区土壤不同利用方式（果园、农地、灌木、草地、林地）下的土壤渗透性进行了对比研究，并对比分析了该方法的优缺点。结果表明：在该试验条件下，不同利用方式下土壤的孔性及渗透性有明显差别。土壤有效孔径以灌木地最大，为农地的 5.7倍，果园的3.5倍；其次为林地和草地，为农地的4倍多，果园的 2.5倍多。果园的最初入渗率最大，是林地的3倍>草地的5倍。
土壤的渗透性反映了土壤的松紧程度，土壤越紧密，其渗透性就越差，水分运动越慢，污染物的迁移能力也就越差，反之，土壤越松散，其渗透性就越好，水分运动较快，污染物的迁移能力也就越快。[2]
稳定入渗率大小顺序
稳定入渗率大小顺序为：果园>农地>灌木>草地>林地。灌木地的导水率是农地的 1.5倍，是林地的3倍多；草地和果园的土壤导水率是农地的1.2倍，是林地的2.8倍。两种方法测定的入渗率结果具有显著的线性相关性。说明圆盘入渗仪法适合于黄土丘陵区各种利用类型土壤的入渗测定。
不同利用方式土壤的孔性
土壤总孔隙度、孔隙大小分布及弯曲度---即土壤孔隙的几何性状，对土壤导水率及持水特性有直接的影响。土壤学中所说的孔隙直径，是指与一定的土壤水吸力相当的孔径，叫做当量孔径或有（实）效孔径。有效孔径与土壤水吸力呈反比，孔隙愈小则土壤水吸力愈大。每一当量孔径与一定的土壤水吸力相对应。宏观毛管长为平均孔隙长度，它是一个概化值，它简化了多维土壤入渗的计算。宏观毛管长越大，毛细管对入渗的影响就越大（相对于重力的影响而言）。土壤孔性受其质地、土粒排列松紧及有机质含量影响。
在本试验条件下，土壤不同利用方式下士壤孔性有明显差别。草地的孔隙度最大，农地和
灌木地次之，果园较小，林地最小。有效孔径以灌木地最大，为农地的5．7倍，果园的3．5倍；其次为林地和草地，为农地的4倍多，果园的2．5倍多；果园较小，农地最小。就宏观毛管长而言，农地>果园>草地、林地>灌木。以上结果表明，灌木地和草地的土壤水吸力最小，而农地和果园的土壤水吸力较大。相对于灌木地和草地，农地和果园的土壤水入渗受土壤毛管的影响更大[3]。

Answer 2

土是一种多孔介质，由固体颗粒组成的骨架和充填骨架间孔隙的流体（水和空气）所组成（见）。骨架间的孔隙是连通的，孔隙中的流体可以在本身重力和其他外力作用下在孔隙中流动，这就是土中水的渗流运动。对土中水的渗透性的研究是土力学中一个重要课题。它与土的强度、变形等力学特性有紧密联系，土中水的渗透规律是土的本构定律的一个重要组成部分，在许多工程领域有广泛的应用。
　土的渗透规律　土中水或空气可以在水头差、电位差、温度差、盐浓度差等势能作用下产生相应的渗流运动，其最终的合成运动就是这些个别运动的向量和。土力学中一般研究在水力梯度作用下孔隙水的渗流运动。
　饱和土渗透规律　基本形式是法国工程师H.-P.-G.达西在1855年提出的，其表达式为
　＝-　　　　　　　　　　(1)即渗透流速与水力梯度呈线性关系。 比例常数称为渗透系数,值由干净砾石的10厘米/秒变化到纯粘土的小于10厘米/秒，相差达10倍以上。
　达西定律是均匀不可压缩流体的单向渗流运动方程。可用微分形式推广到二向和三向渗流。一般可以向量形式表达为
　　＝-＝-grad　　　　　　　(2)对不均匀流体、可压缩流体、多相流、非饱和渗流等条件下的运动方程，也常采用和达西定律相似的表达式。
　土中水的渗流运动可分为层流和紊流两种基本类型，还有一个过渡区，各有不同的渗透规律。一般认为达西定律仅适用于层流区，其适用上限为层流区和过渡区的分界点。在层流区内的细粒土，由于土和土粒表面的相互作用，或细颗粒和气泡在孔隙中移动而使渗透性发生变化，也会使渗流偏离达西定律，尤以小流速、小比降时为甚，此即达西定律适用的下限。实验研究表明，除堆石体、排水体可能超过其适用上限，密实的高塑性粘土或细颗粒可能在孔隙中自由移动的土，也可能有偏离外，土力学中涉及的多数对象，都在达西定律适用范围之内。
　超过达西定律上限的非线性规律可表达为
　＝＝0.5～1.0　　　 (3)粘土偏离达西定律的非线性规律一般有两种形式，其一认为有一起始比降,小于它时无渗流；另一为-关系是通过原点的曲线，不存在起始比降。
　非饱和土渗透规律　非饱和土孔隙中同时存在水和空气。高饱和度时，气相封闭在液相之间，形成气封闭系统，只有一个透水性。中等饱和度时，气相和液相都是连通的，形成双开敞系统，有透水性和透气性两个渗透性，要用分别控制孔隙水和气压力的方法，保持渗透过程中结构和饱和度不变，分别予以测定。
　流网及渗流　流网包括相互正交的两组曲线，一组是与水流途径相符合的流线，另一组为各点有相同水头的等势线。流网的性质：①相邻流线间的每一流槽，通过的渗流量相同；②两相邻等势线间的水头差相等；③流线与等势线正交；④对均匀土而言，由相邻流线与等势线围成极为近似的正方形；⑤流网的任一点，等势线间距与水力梯度成反比，而流线间距则与渗透速度成正比。因此，可从流网计算各点的水力梯度、作用水头和渗透水压力，供稳定分析和渗流控制设计之用。
　流网图可以用模拟试验和数值计算方法求得，对简单边界条件，也可用理论分析求解，甚至用目测绘制。
[流网图]
　土的渗透稳定性　在一定渗透梯度下，无粘性土中的细颗粒随渗透水流移动并带出边界面，或边界上小块土体整体浮动的现象，称土体的渗透变形，前者称管涌，后者称流土，是土体渗透破坏的主要形式，并以临界水力梯度作为判别标准。均匀粉细砂、缺乏中间粒径的砂砾料等，渗透稳定性是较差的。
　粘性土渗透破坏的主要形式是边界面上的剥落和沿裂缝的冲刷。其抵抗渗透破坏的能力与粘土矿物、物理化学和结构特性等密切相关：具有稳定胶结的团粒粘土的渗透稳定性好，而不稳定胶结的分散性粘土的渗透稳定性差。
　为了保护土体不在边界面上发生管涌、流土、接触冲刷、接触流土等形式的渗透变形现象，常常采用反滤层的工程措施，使渗透水可以自由流出土体，而不将土粒带走，从而提高抗渗能力。70年代以来，用作为反滤层已逐渐推广应用。
　水力劈裂　土体中某点的外加水压力大于该点的小主应力与抗拉强度之和时，即将开裂而使水的渗流量大大增加，而在水压力降低到一定数值时又重新闭合的现象称水力劈裂效应。
　在用原位注水试验测定渗透系数时，水压力不应引起土体的水力劈裂，以免得到偏大结果，也不能单纯用钻孔失水作为土体中存在裂缝的佐证。水力劈裂现象还可用以测定原位土体的侧压力，用劈裂灌浆处理不可灌土体等。本回答被网友采纳