達(dá)西定律：是由法國(guó)水力學(xué)家 H.-P.-G.達(dá)西在1852～1855年通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)得出；是反映水在巖土孔隙中滲流規(guī)律的實(shí)驗(yàn)定律。達(dá)西定律是由砂質(zhì)土體實(shí)驗(yàn)得到的，后來(lái)推廣應(yīng)用于其他土體，如黏土和具有細(xì)裂隙的巖石等。
簡(jiǎn)介
達(dá)西定律 Darcy’s Law
反映水在巖土孔隙中滲流規(guī)律的實(shí)驗(yàn)定律。由法國(guó)水力學(xué)家?H.-P.-G.達(dá)西在1852～1855年通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)得出。其表達(dá)式為? Q=KFh/L? 式中Q為單位時(shí)間滲流量，F(xiàn)為過(guò)水?dāng)嗝妫琱為總水頭損失，L為滲流路徑長(zhǎng)度，I=h/L為水力坡度，K為滲流系數(shù)。關(guān)系式表明，水在單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)多孔介質(zhì)的滲流量與滲流路徑長(zhǎng)度成反比，與過(guò)水?dāng)嗝婷娣e和總水頭損失成正比。從水力學(xué)已知，通過(guò)某一斷面的流量Q等于流速v與過(guò)水?dāng)嗝鍲的乘積，即Q＝Fv。或，據(jù)此，達(dá)西定律也可以用另一種形式表達(dá)? v=KI? v為滲流速度。上式表明，滲流速度與水力坡度一次方成正比。說(shuō)明水力坡度與滲流速度呈線性關(guān)系，故又稱線性滲流定律。達(dá)西定律適用的上限有兩種看法：一種認(rèn)為達(dá)西定律適用于地下水的層流運(yùn)動(dòng)；另一種認(rèn)為并非所有地下水層流運(yùn)動(dòng)都能用達(dá)西定律來(lái)表述，有些地下水層流運(yùn)動(dòng)的情況偏離達(dá)西定律，達(dá)西定律的適應(yīng)范圍比層流范圍小。這個(gè)定律說(shuō)明水通過(guò)多孔介質(zhì)的速度同水力梯度的大小及介質(zhì)的滲透性能成正比。這種關(guān)系可用下列方程式表示：V＝K［（h2－h(huán)1）÷L］。其中V?代表水的流速，K?代表滲透力的量度(單位與流速相同,?即長(zhǎng)度/時(shí)間)，（h2－h(huán)1）÷L?代表地下水水位的坡度（即水力梯度）。因?yàn)槟Σ恋年P(guān)系，地下水的運(yùn)動(dòng)比地表水緩慢得多。可以利用在井中投放鹽或染料，測(cè)定滲流系數(shù)和到達(dá)另一井內(nèi)所需的時(shí)間。在美國(guó)佛羅里達(dá)州的含水層中，曾沿著多口水井，采用碳14?方法測(cè)定地下水的年齡。結(jié)果測(cè)出滲流系數(shù)為每年7?米。在滲透性能良好的介質(zhì)中，滲流系數(shù)可高達(dá)每日6?米。美國(guó)還測(cè)得過(guò)每日235?米的紀(jì)錄。不過(guò)，在許多地方，速率通常是每年不超過(guò)30?米。
編輯本段達(dá)西滲透實(shí)驗(yàn)與達(dá)西定律
地下水在土體孔隙中滲透時(shí)，由于滲透阻力的作用，沿程必然伴隨著能量的損失。為了揭示水在土體中的滲透規(guī)律，法國(guó)工程師達(dá)西(H.darcy)經(jīng)過(guò)大量的試驗(yàn)研究，1856年總結(jié)得出滲透能量損失與滲流速度之間的相互關(guān)系即為達(dá)西定律。圖1?達(dá)西滲透實(shí)驗(yàn)裝置圖
達(dá)西實(shí)驗(yàn)的裝置如圖1所示。裝置中的①是橫截面積為A的直立圓筒，其上端開(kāi)口，在圓筒側(cè)壁裝有兩支相距為l?的側(cè)壓管。筒底以上一定距離處裝一濾板②，濾板上填放顆粒均勻的松軟土。水由上端注入圓筒，多余的水從溢水管③溢出，使筒內(nèi)的水位維持一個(gè)恒定值。滲透過(guò)砂層的水從短水管④流入量杯⑤中，并以此來(lái)計(jì)算滲流量q。設(shè)△t時(shí)間內(nèi)流入量杯的水體體積為△V,?則滲流量為q=△V?/△t?。同時(shí)讀取斷面1-1和段面2-2處的側(cè)壓管水頭值h1，h2，Δh為兩斷面之間的水頭損失。達(dá)西分析了大量實(shí)驗(yàn)資料，發(fā)現(xiàn)土中滲透的滲流量q與圓筒斷面積A及水頭損失△h?成正比，與斷面間距l(xiāng)?成反比，即
式中i=△h/l，稱為水力梯度，也稱水力坡降；k為滲透系數(shù)，其值等于水力梯度為1時(shí)水的滲透速度，cm/s?。式（1-1）和（1-2）所表示的關(guān)系稱為達(dá)西定律，它是滲透的基本定律。
編輯本段達(dá)西定律的適用范圍
達(dá)西定律是由砂質(zhì)土體實(shí)驗(yàn)得到的，后來(lái)推廣應(yīng)用于其他土體如黏土和具有細(xì)裂隙的巖石等。進(jìn)一步的研究表明，在某些條件下，滲透并不一定符合達(dá)西定律，因此在實(shí)際工作中我們還要注意達(dá)西定律的適用范圍。大量試驗(yàn)表明，當(dāng)滲透速度較小時(shí)，滲透的沿程水頭損失與流速的一次方成正比。在一般情況下，松軟土、粘土中的滲透速度很小，其滲流可以看作是一種水流流線互相平行的流動(dòng)——層流，滲流運(yùn)動(dòng)規(guī)律符合達(dá)西定律，滲透速度v與水力梯度i的關(guān)系可在v-i坐標(biāo)系中表示成一條直線，如圖2(a)所示。粗顆粒土（如礫、卵石等）的試驗(yàn)結(jié)果如圖2(b)所示,?由于其孔隙很大，當(dāng)水力梯度較小時(shí)，流速不大，滲流可認(rèn)為是層流,?v-i關(guān)系成線性變化，達(dá)西定律仍然適用。當(dāng)水力梯度較大時(shí)，流速增大，滲流將過(guò)渡為不規(guī)則的相互混雜的流動(dòng)形式——紊流，這時(shí)v-i關(guān)系呈非線性變化,?達(dá)西定律不再適用。圖2(a)?細(xì)粒土的v-i關(guān)系
圖2(b)?粗粒土的v-i關(guān)系
①松軟土、一般黏土?②顆粒極細(xì)的粘土? 少數(shù)粘土（如顆粒極細(xì)的高壓縮性土，可自由膨脹的粘性土等）的滲透試驗(yàn)表明，它們的滲透存在一個(gè)起始水力梯度ib，這種土只有在達(dá)到起始水力梯度后才能發(fā)生滲透。這類土在發(fā)生滲透后，其滲透速度仍可近似的用直線表示，即v=k(i－ib)，如圖2(a)中曲線②所示。
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