起始水力梯度产生的原因是，为了克服薄膜水的抗剪强度τ0(或者说为了克服吸着水的粘滞阻力)，使之发生流动所必须具有的临界水力梯度度。也就是说，只要有水力坡度，薄膜水就会发生运动，只是当实际的水力坡度小于起始水力梯度时，薄膜水的渗透速度V非常小，只有凭借精密仪器才能观测到。因此严格的讲，起始水力梯度I0是指薄膜水发生明显渗流时用以克服其抗剪强度τ0的水力梯度。
2. 简述影响土的渗透性的因素主要有哪些。
（1）土的粒度成分及矿物成分。土的颗粒大小、形状及级配，影响土中孔隙大小及其形状，因而影响土的渗透性。土颗粒越粗，越浑圆、越均匀时，渗透性就大。砂土中含有较多粉土及粘土颗粒时，其渗透系数就大大降低。（2）结合水膜厚度。粘性土中若土粒的结合水膜厚度较厚时，会阻塞土的孔隙，降低土的渗透性。 （3）土的结构构造。天然土层通常不是各向同性的，在渗透性方面往往也是如此。如黄土具有竖直方向的大孔隙，所以竖直方向的渗透系数要比水平方向大得多。层状粘土常夹有薄的粉砂层，它在水平方向的渗透系数要比竖直方向大得多。（4）水的粘滞度。水在土中的渗流速度与水的容重及粘滞度有关，从而也影响到土的渗透性。
3. 为什么室内渗透试验与现场测试得出的渗透系数有较大差别？ 室内试验和现场试验渗透系数有较大差别，主要在于试验装置和试验条件等有关，即就是和渗透系数的影响因素有关，详见上一题。
4. 拉普拉斯方程适应于什么条件的渗流场？ 当渗流场中水头及流速等渗流要素不随时间改变时，这种渗流称为稳定渗流，而拉普拉斯方程是指适用于平面稳定渗流的基本方程。
5. 为什么流线与等势线总是正交的？
在稳定渗流场中，取一微单元体，并假定水体不可压缩，则根据水流连续原理，单位时间内流入和流出微元体的水量应相等，即dqe=dq0。从而得到：
即为二维渗流连续方程，从中由数学知识，可知流线和等势线正交。 6. 流砂与管涌现象有什么区别和联系
在向上的渗流力作用下，粒间有效应力为零时，颗粒群发生悬浮、移动的现象称为流砂(土)现象。这种现象多发生在颗粒级配均匀的饱和细、粉砂和粉土层中，一般具有突发性、对工程危害大。
在水流渗透作用下，土中的细颗粒在粗颗粒形成的孔隙中移动，以至流失；随着土的孔隙不断扩大，渗流速度不断增加，较粗的颗粒也相继被水逐渐带走，最终导致土体内形成贯通的渗流管道，造成土体塌陷，这种现象称为管涌。它多发生在砂性土中，且颗粒大小差别大，往往缺少某种粒径，其破坏有个时间发展过程，是一种渐进性质破坏。
具体地再说，管涌和流砂的区别是：（1）流砂发生在水力梯度大于临界水力梯度，而管涌发生在水力梯度小于临界水力梯度情况下；（2）流砂发生的部位在渗流逸出处，而管涌发生的部位可在渗流逸出处，也可在土体内部；（3）流砂发生在水流方向向上，而管涌没有限制。
7. 渗透力都会引起哪些破坏？
渗流引起的渗透破坏问题主要有两大类：一是由于渗流力的作用，使土体颗粒流失或局部土体产生移动，导致土体变形甚至失稳；二是由于渗流作用，使水压力或浮力发生变化，导致土体和结构物失稳。前者主要表现为流砂和管涌，后者主要则表现为岸坡滑动或挡土墙等构造物整体失稳。
17
二、 填空题
1.土体具有被液体透过的性质称为土的 。 2.影响渗透系数的主要因素有： 、 、 、 、 、
。
3.一般来讲，室内渗透试验有两种，即 和 。 4.渗流破坏主要有 和 两种基本形式。
5.达西定律只适用于 的情况，而反映土的透水性的比例系数，称之为土的 。
答1. 渗透性或透水性
2. 土的粒度成分及矿物成分、土的密实度、土的饱和度、土的结构、土的构造、水的温度
3. 常水头法、变水头法 4. 流砂(土)、管涌 5. 层流、渗透系数
三、 选择题
1.反应土透水性质的指标是（D ）。 A.不均匀系数 B.相对密实度 C.压缩系数 D.渗透系数
2.下列有关流土与管涌的概念，正确的说法是（C ）。 A．发生流土时，水流向上渗流；发生管涌时，水流向下渗流 B.流土多发生在黏性土中，而管涌多发生在无黏性土中 C.流土属突发性破坏，管涌属渐进式破坏 D.流土属渗流破坏，管涌不属渗流破坏
3.土透水性的强弱可用土的哪一项指标来反映？（ D ） A.压缩系数 B.固结系数 C.压缩模量 D.渗透系数
4.发生在地基中的下列现象，哪一种不属于渗透变形？（ A ） A.坑底隆起 B.流土 C.砂沸 D.流砂 5.下属关于渗流力的描述不正确的是（ D ）。 A.其数值与水力梯度成正比，其方向与渗流方向一致 B.是一种体积力，其量纲与重度的量纲相同 C.流网中等势线越密集的区域，其渗流力也越大 D.渗流力的存在对土体稳定总是不利的
6.下列哪一种土样更容易发生流砂？（ B ） A.砂砾或粗砂 B.细砂或粉砂 C.粉质黏土 D.黏土
7.成层土水平方向的等效渗透系数（ A ）。
A.
>
B.
=
C.
<
18
与垂直方向的等效渗透系数的关系是
8. 在渗流场中某点的渗流力（ A ）。
A.随水力梯度增加而增加 B.随水利力梯度增加而减少 C.与水力梯度无关 9.评价下列说法的正误。（ D ）
①土的渗透系数越大，土的透水性也越大，土的水力梯度也越大； ②任何一种土，只要水力梯度足够大，就有可能发生流土和管涌； ③土中任一点渗流力的大小取决于该点孔隙水总水头的大小； ④渗流力的大小不仅取决于水力梯度，还与其方向有关。 A.①对 B.②对 C.③和④对 D.全不对 10.下列描述正确的是（ C ）。
A.流网中网格越密处，其水力梯度越小
B.位于同一条等势线上的两点，其孔隙水压力总是相同的 C.同一流网中，任意两相邻等势线间的势能差相等 D.渗透流速的方向为流线的法线方向
11.土体渗流研究的主要问题不包括（ D ）。 A.渗流量问题 B.渗透变形问题 C.渗流控制问题 D.地基承载力问题
12.某岸边工程场地细砂含水层的流线上A、B两点，A点的水位标高2.5米，B点的水位标高3.0米，两点间流线长为10米，计算两点间的平均渗透力最接近下列（C）个值。
(A)1.25kN/m3； (B)0.83 kN/m3； (C) 0.50 kN/m3； (D) 0.20 kN/m3。
13. 四个坝基土样的孔隙率和细粒含量（以质量百分率计）如下，试按《水利水电工程地质勘察规范》（GB50287-99）计算判别下列（D）选项的土的渗透变形的破坏形式属于管涌。
(A) (C)
； (B) ； (D)
； 。
按规范当时发生管涌)
四、 判断改错题
1. 绘制流网时必须满足的基本条件之一是流线和等势线必须正交。 2. 达西定律中的渗透速度不是孔隙水的实际流速。 3. 土的孔隙比愈大，其渗透系数也愈大。
4. 在流网图中，流线愈密集的地方，水力坡降愈小。 5. 发生流砂时，渗流力方向与重力方向相同。
6. 细粒土的渗透系数测定通常采用“常水头”试验进行。 7. 绘制流网时，每个网格的长宽比没有要求。 8. 在流网中，任意两相邻流线间的渗流量相等。
9. 管涌发生在渗流溢出处，而流土发生的部位可以在渗流溢出处，也可以在土体内部。
1.√ 2.√
3.，对黏性土不成正比。 4.，改“愈小”为“愈大”。
19
5.，改“相同”为“相反”。
6.，改“常水”头为“降水头”或“变水头”。 7.，每个网格的长宽比必须为定值。 8.√
9.，应将管涌与流土对调。
五、 计算题
1.如图3－1所示，在恒定的总水头差之下水自下而上透过两个土样，从土样1顶面溢出。
（1） 已土样2底面c－c 为基准面，求该面的总水头和静水头； （2） 已知水流经土样2的水头损失为总水头差的30%，求 b－b面的总水头和静水头； （3） 已知土样2的渗透系数为0.05cm/s ，求单位时间内土样横截面单位面积的流量； （4） 求土样1的渗透系数。
图3－1 （单位：cm） 图3－3 （单位：cm） 解：
如图3-1，本题为定水头实验，水自下而上流过两个土样，相关几何参数列于图中。 （1）以c-c为基准面，则有：zc=0，hwc=90cm，hc=90cm
（2）已知?hbc=30%??hac，而?hac由图2-16知，为30cm，所以 ?hbc=30%??hac=0.3?30=9cm ∴ hb=hc-?hbc=90-9=81cm
又∵ zb=30cm，故hwb=hb- zb=81-30=51cm
32
（3）已知k2=0.05cm/s，q/A=k2i2= k2??hbc/L2=0.05?9/30=0.015cm/s/cm=0.015cm/s （4）∵ i1=?hab/L1=（?hac-?hbc）/L1（=30-9）/30=0.7，而且由连续性条件，q/A=k1i1=k2i2 ∴ k1=k2i2/i1=0.015/0.7=0.021cm/s
2.如图3－2所示，在5.0m 厚的黏土层下有一砂土层厚6.0 m，其下为基岩（不透水）。
-23
为测定该沙土的渗透系数，打一钻孔到基岩顶面并以10m/s 的速率从孔中抽水。在距抽水孔15m 和30m 处各打一观测孔穿过黏土层进入砂土层，测得孔内稳定水位分别在地面以下3.0m 和2.5m ，试求该砂土的渗透系数。
20