土的渗透性与土中渗流课件

湖南科技大学土木学院 第二章第二章 土的渗透性与土中渗流土的渗透性与土中渗流 1土的渗透定律 2. 二维渗流及流网绘制 2土中渗流量计算 4. 土中水的渗透力与地基渗透变形分析 湖南科技大学土木学院 2.1 实际工程中的渗流问题 浸润线 流线等势线 下游 上游 土坝蓄水后水透 过坝身流向下游 基坑开挖时，地 下水向基坑内流 动 支护结构 不透水层 一、工程背景 湖南科技大学土木学院 H 隧道开挖时，地 下水向隧道内流 动 二、基本概念: 土是由固体相的颗粒、孔隙中的液体和气体三相组成的， 而土中的孔隙具有连续的性质，当土作为水土建筑物的地基 或直接把它用作水土建筑物的材料时，水就会在水头差作用 下从水位较高的一侧透过土体的孔隙流向水位较低的一侧。 2.1 实际工程中的渗流问题 湖南科技大学土木学院 渗透（渗流）：在水头差作用下，水透过土体孔隙的现象。 渗透性：土允许水透过的性能称为土的渗透性。 水在土体中渗透，一方面会造成水量损失，影响工程效益； 另一方面将引起土体内部应力状态的变化，从而改变水土建筑 物或地基的稳定条件，甚者还会酿成破坏事故。 此外，土的渗透性的强弱，对土体的固结、强度以及工程 施工都有非常重要的影响。 在工程设计与施工中，应正确分析可能出现的渗流情况， 必要时采取合理的防渗技术措施。 2.1 实际工程中的渗流问题 二、基本概念 湖南科技大学土木学院 2.2 渗透理论 一、渗透模型 (a)水在土孔隙中的运动(b)渗流模型 图2-2水在土孔隙中的运动轨迹与渗流模型 假设： (1)在同一过水断面， 渗流模型的流量等于真 实渗流的流量； (2)在任意截面上，渗流模型的压力与真实渗流的压力相等 ； (3)在相同体积内，渗流模型所受到的阻力与真实渗流所 受到的阻力相等。 湖南科技大学土木学院 2.2 渗透理论 二、达西渗透定律 1856年法国学者Darcy对砂 土的渗透性进行研究 结论： 水在土中的渗透速度与试 样的水力梯度成正比 v=ki达西定律 水力梯度，即沿渗流方向 单位距离的水头损失 h i l D = q v A = 渗透系数 湖南科技大学土木学院 2.2 渗透理论 三、达西渗透定律适用范围 讨论： 砂土的渗透速度与水力梯度呈 线性关系 密实的粘土，需要克服结合水 的粘滞阻力后才能发生渗透;同 时渗透系数与水力坡降的规律 还偏离达西定律而呈非线性关 系 ib 起始水 力坡降 虚直线简化 达西定律适用于层 流，不适用于紊流 v=ki i v O 砂土 0 i v 密实粘土 湖南科技大学土木学院 2.2 渗透理论 三、达西渗透定律适用范围 大量试验表明，当渗透速度较小时，渗透的沿程水头损失与流 速的一次方成正比。 1. 砂土、粘土（如图2-4(a)：渗透速度很小，渗流=层流（ 水流流线互相平行的流动），渗流运动规律符合达西定律； 2. 粗颗粒土（如砾、卵石等）（图2-4(b)）：由于其孔隙很 大，当水力梯度较小时，流速不大，渗流可认为是层流,v-i关 系成线性变化，达西定律仍然适用。 3.当水力梯度较大时，流速增大，渗流将过渡为不规则的相互混 杂的流动形式紊流, v-i关系=非线性,达西定律不再适 用。 湖南科技大学土木学院 2.2 渗透理论 四、渗透系数的确定 （一）影响因素 1. 土颗粒的粒径、级配和矿物成分 2. 孔隙比或孔隙率 3. 土的结构和构造 4. 土的饱和度 5. 水的动力粘滞度 （二）测定方法 渗透系数测定 室内试验 现场试验 常 水 头 压缩试验 抽水试验 变 水 头 湖南科技大学土木学院 五、渗透系数及其确定方法 时间t内流出的水量 常水头试验整个试验过 程中水头保持不变 适用于透水性大（k10-3cm/s ）的土，例如砂土。 2.2 渗透理论 湖南科技大学土木学院 常 水 头变 水 头 2.2 渗透理论 五、渗透系数及其确定方法 湖南科技大学土木学院 抽水试验 2.2 渗透理论 五、渗透系数及其确定