第二节　土中水的运动规律

单项选择题（下列选项中，只有一项符合题意）

1下列各项中，不能传递静水压力的土中水是（　　）。

A．结合水

B．自由水

C．重力水

D．毛细水

【答案】A

【解析】静水压力是由均质流体作用于一个物体上的压力，均匀地施向物体表面的各个部位。土中水分为结合水和自由水。结合水可分为强结合水和弱结合水，结合水不能传递静水压力。土中自由水包括重力水和毛细水，能传递静水压力。

2在毛细带范围内，土颗粒会受到一个附加应力。这种附加应力性质主要表现为（　　）。

A．浮力

B．张力

C．压力

D．黏结力

【答案】C

【解析】通常土体都是多孔介质，土中的孔隙很复杂，形成了无数的毛细管，因为水的表面张力作用，水可以上升到某一高度，这种现象称为毛细管作用（或毛细现象），这种细微孔隙中的水被称为毛细水。毛细水不仅受到重力的作用，还受到表面张力的支配，能沿着土的细孔隙从潜水面上升到一定的高度，土颗粒会受到毛细水的压力作用。这种毛细上升对于公路路基土的干湿状态及建筑物的防潮有重要影响。故选C项。

3毛细水的上升，主要是水受到下述何种力的作用？（　　）

A．黏土颗粒电场引力作用

B．孔隙水压力差的作用

C．水与空气交界面处的表面张力作用

D．水身重力的作用

【答案】C

【解析】毛细水在上升过程中，不仅受到重力的作用，还受到表面张力的支配，能沿着使土的细孔隙从潜水面上升到一定的高度。故选C项。

4下列有关于影响土体渗透系数的因素中描述正确的为（　　）。

①粒径大小和级配；

②结构与孔隙比；

③饱和度；

④矿物成分；

⑤渗透水的性质。

A．①②对渗透系数有影响

B．④⑤对渗透系数无影响

C．①②③④⑤对渗透系数均有影响

D．②③对渗透系数无影响

【答案】C

【解析】影响渗透系数大小的因素很多，主要取决于土体颗粒的形状、大小、不均匀系数和水的黏滞性等。土粒大小和土粒级配对土的渗透系数影响极大：

①土颗粒愈粗、愈浑圆、愈均匀，渗透性愈大。

②级配良好的土，细颗粒填充于粗颗粒孔隙中，土体孔隙减小，渗透性变小。

③渗透性随相对密实度D_r增加而减小。

④土中封闭气体不仅减小了土体断面上的过水通道面积，而且堵塞某些通道，使土体渗透性减小。

⑤土中含有亲水性矿物（如蒙脱石）或有机质时，由于它们具有很大的膨胀性，就大大降低了土的渗透性。含有大量有机质的淤泥几乎是不透水的。

5当地下水在岩土的空隙中运动时，其渗透速度随时间变化，且水质点无秩序地呈相互干扰的运动，这种现象属于（　　）。

A．非层流运动的稳定流

B．非层流运动的非稳定流

C．呈层流运动的稳定流

D．呈层流运动的非稳定流

【答案】B

【解析】当地下水补给来源丰富时，抽水井以定流量开始抽水后，水位随着时间不断下降，属非稳定流；抽水过程进行到t₁时，降深为S₁，水还能流，此时，抽水过程继续进行时，降深不再随时间增加，为稳定流。

6达西定律的适用条件是（　　）。

A．层流运动的地下水

B．紊流运动的地下水

C．雷诺数Re≤10的层流运动地下水

D．所有运动的地下水

【答案】C

【解析】达西定律即线性渗透定律，该定律表明渗流速度与水力坡度的一次方成正比。达西定律适用于雷诺数Re≤10的地下水层流运动。天然条件下，地下水的实际流速很小，绝大多数情况下，地下水运动符合线性渗透定律，达西定律的适用范围很广，不仅是水文地质定量计算的基础，还是定性分析各种水文地质过程的重要依据。

7下述关于渗透力的描述正确的为（　　）。

①其方向与渗透方向一致；

②其数值与水头梯度成正比；

③是一种体积力。

A．①②正确

B．①③正确

C．①②③都正确

D．②③正确

【答案】C

【解析】水在土体中渗流，受到土骨架的阻力，同时水也对土骨架施加推力，单位体积内土骨架所受到的水推力称为渗透力（或动水力）。其作用方向与渗流方向一致。因为渗透力J＝r_w×i，i为水力梯度，r_w为单位体积重力，所以J也是一种体积力；G_d＝i×γ_w，式中，i为水力坡度，所以其数值与水头梯度成正比。

8下列哪一种土更容易发生流砂？（　　）

A．粗砂或砾砂

B．细砂或粉砂

C．粉土

D．黏土

【答案】B

【解析】当渗透力与土的有效重度相等时，土颗粒之间的压力就等于零，土颗粒将处于悬浮状态而失去稳定，这种现象称为流砂现象。流砂现象发生在土体表面渗流逸出处，不发生于土体内部。其主要发生在细砂、粉砂及轻亚黏土等土层中，而在粗颗粒土及黏土中则不易发生。

9渗透力是（　　）。

A．渗流作用于土骨架的体积力

B．渗流对土骨架的浮力

C．存在渗流时水中的压力强度

D．通水后土颗粒相互作用的力

【答案】A

【解析】水在土体中渗流，受到土骨架的阻力，同时水也对土骨架施加推力，单位体积内土骨架所受到的水推力称为渗透力（或动水力）。渗透力是水流对土体施加的体积力，单位是kN/m³，而非水流作用在土体表面的压力（kN/m²）。

10已知土体比重d_s＝2.7，孔隙比e＝1，则该土的临界水力坡降为多少？（　　）

A．1.70

B．1.35

C．0.85

D．0.5

【答案】C

【解析】土的临界水力坡降计算公式为：

已知土体比重d_s＝2.7，孔隙比e＝1，代入公式计算可得：y′＝0.85。

11达西定律描述的是（　　）状态下的渗透规律。

A．层流

B．紊流

C．渗流

D．过渡流

【答案】A

【解析】法国学者达西于1856年通过砂土的渗透实验，发现地下水的运动规律，称为达西定律。公式表示为：v＝ki。式中，v是指渗透速度（cm/s）；k是指土的渗透系数（cm/s）；i是指水力坡降，i＝h/L。一般认为达西定律适用于地下水的层流运动。

12产生流砂的充分而必要的条件是（　　）。

A．动水力方向向下

B．动水力等于或大于土的有效重度

C．动水力方向向上

D．动水力方向向上且等于或大于土的有效重度

【答案】D

【解析】产生流砂现象的原因有：①内因：当土的孔隙比大、含水量大、粉粒多、渗透系数小、排水性能差均容易产生流砂现象。因此，流砂现象极易发生在细砂、粉砂和亚黏土中。②外因：地下水在土中渗流所产生的动水压力（渗流力）的大小。当单位颗粒土体受到的向上的渗流力大于或等于其自身重力，则土体发生悬浮、移动，故选D。