考研初试考土力学的有哪些（考研土力学常考的达西定律）
考研初试考土力学的有哪些（考研土力学常考的达西定律）实验装置水平管道里注满了清水，左右两侧的水头差为hf 通过水平管道左侧的立管向水平管中注入有色水，不断调整水头差，观察水平管道里的水流流动发现，当水头差较小时，由于流速较小，有色水分子在管道中直线移动，不会上下波动，此时我们称为层流；当水头差增大后，有色水分子流动呈现有规律的上下波动，此时我们称为过渡流；继续增大水头差，流速增大至一定值后，有色水分子无序波动，与清水相互掺杂，这时水流进入了紊流状态。图1 雷诺实验C.紊流渗流D.急变渗流例题的答案选择A。选项中提到了层流和紊流的概念，这是流体力学中流动的三种状态，我们可以通过下面的这个实验来说明，如图1。
在学习土中水的渗流时，不管是哪一个版本的教材都会提到“达西定律”这一概念，很多同学都会脱口而出地说出: “土中水渗流的流速与水力坡度成正比，比例系数就是渗透系数。”其实这么说是不严谨的，让我们来看一道河海大学考研土力学真题。
[例]（河海大学2006年考研试题)达西定律适用于(A)。
A.层流渗流
B.层紊流都适用
C.紊流渗流
D.急变渗流
例题的答案选择A。选项中提到了层流和紊流的概念，这是流体力学中流动的三种状态，我们可以通过下面的这个实验来说明，如图1。
图1 雷诺实验
实验装置水平管道里注满了清水，左右两侧的水头差为hf 通过水平管道左侧的立管向水平管中注入有色水，不断调整水头差，观察水平管道里的水流流动发现，当水头差较小时，由于流速较小，有色水分子在管道中直线移动，不会上下波动，此时我们称为层流；当水头差增大后，有色水分子流动呈现有规律的上下波动，此时我们称为过渡流；继续增大水头差，流速增大至一定值后，有色水分子无序波动，与清水相互掺杂，这时水流进入了紊流状态。
达西定律：v=ki
V—渗流速度 k—渗透系数 i—水力坡降
一般情况下，砂类土中水的渗流速度在层流范围之内，此时达西定律是适用的。渗透速度与水力坡降之间的关系曲线是通过坐标原点的直线，如下图2曲线a。
但密实的黏性土由于受结合水的阻碍，当水力坡降较小时，渗透速度与水力坡降不成线性关系，甚至不发生渗流。只有当水力坡度i超过一定值 水头差足以克服结合水的阻力以后，土中水才会发生渗流，开始发生渗流的水力坡降i1被称为起始水力坡降。如图2中曲线b，曲线c是为了计算方便对曲线b进行的简化。
图2 黏性土渗透速度与水力坡降
在由粗颗粒组成的土体（砾类土和巨粒土）中，水力坡度在不太大时满足达西定律，但是当水力坡度进一步增大，水在土中的渗透速度与水力坡降之间不再服从达西定律，如下图3。这是由于土中水分子流速较快，水在土中的流动已经进入了紊流状态。
达西定律另一个容易出错的点是会误以为达西定律计算出的渗流速度是土中水的实际流速。实际上土中水的实际流速远远大于达西定律计算值。原因如图4。
图4 土中水的渗流
q=uAr =vA
Ar＜A u＞v
上述公式中q为单位时间通过某一断面的水流量，v为达西定律计算流速，他是基于整个横断面计算的平均流速，A是土体横断面的面积，包括固体颗粒和孔隙；而水流实际流动只会从孔隙中流出，Ar是孔隙面积，远远小于横截面积A，那么u为水的实际流速则要大于平均流速。
