土力学第二章吐得渗透精析全.ppt

第二章 土的渗透性,渗流,水在土体孔隙中流动的现象,渗透性,土具有被水等液体透过的性质,土石坝,防渗斜墙及铺盖,浸润线,透水层,不透水层,土石坝坝基坝身渗流,透水层,不透水层,基坑,板桩墙,板桩围护下的基坑渗流,透水层,不透水层,天然水面,水井渗流,漏斗状潜水面,Q,渗流滑坡,2.2土的水理性 2.2.1土的毛细水性质 2.2.2冻土 因素：土的类型、水、温度,（四） 冻结深度,冻胀丘 随冻结面向下发展，当冻结层上水的压力大于上覆土层强度时，地表就发生隆起，便形成冻胀丘。,渗流中的水头与水力坡降,总水头:单位重量（容重）水体所具有的能量,z：位置水头,u/w：压力水头,V2/(2g)：流速水头0,A点总水头：,B点总水头：,总水头：,水力坡降：,2.4、达西渗透定律,1856年，法国学者达西（Darcy,H.）根据砂土 渗透实验，发现水的渗透速度与水力坡降成正比 即达西定律：,v 平均渗透速度（cm/s或m/s）,k 渗透系数（cm/s或m/s,m/d）,h 试样两端的水位差，即水头损失,L 渗径长度,k: 反映土的透水性能的比例系数，称为渗透系数,试验前提：层流,h，q A，q L， q,断面平均流速,水力坡降,1.渗透试验,试验条件: h1，A，L,量测变量: h2，Q，t,h=h1-h2,达西渗透定律 Darcy s law,达西定律适用条件,层流（线性流） 大部分砂土，粉土； 疏松的粘土及砂性较重 的粘性土,砂土的水力梯度与渗透速度 呈线性关系，符合达西渗透 定律。,粗粒土： 砾石类土中的渗流不符合达西定律,两种特例,粘性土：clay 致密的粘土,v=k(i - i0 ),2.5. 渗透系数k的测定,室内试验测定方法 野外试验测定方法,常水头试验法,变水头试验法,井孔抽水试验,井孔注水试验,测定方法,粗粒土,细粒土,室内试验方法1常水头试验法,i=h/L,Q,v=ki,适用土类：透水性较大的砂性土,带入,2.5.1 室内试验测定方法,=vAt,=qt,例：图,室内试验方法2变水头试验法,试验条件: h变化，A，L,透水性较小的粘性土,dQ= - adh,dQ=vAdt,流入量：,流出量：,=kiAdt,- adh,2.5.2 层状地基的等效渗透系数,等效渗透系数,确立各层的ki 根据渗流方向确定等效渗流系数,天然土层多呈层状,水平渗流,条件:,等效渗透系数:,qx=vxH=kxiH,qix=kiiiHi,kxiH,kiiiHi,1m,竖直渗流:,条件:,等效渗透系数:,vi = ki (hi/Hi),算例说明,2.5.3影响因素,粒径大小及级配 孔隙比 矿物成分 结构,水的动力粘滞系数 饱和度（含气量）（饱和度低，渗透性差) 封闭气泡对k影响很大，,2.6.二维渗流及流网应用,流 网渗流场中的两族相互正交曲线等势线和流线所形成的网络状曲线簇。 流 线水质点运动的轨迹线。 等势线测压管水头相同的点之连线 。 流网法通过绘制流线与势线的网络状曲线簇来求解渗流问题。,A,B,C,D,H,h,0,0,绘制方法,根据渗流场的边界条件,确定边界流线和首尾等势线,正交性,曲边正方形,初步绘制流网,作流网图时：相邻两条流线之间通过的流量相等 相邻两条等势线之间的势能差值相等,流网特点： 与上下游水位变化无关 h为常量 等势线上各点测管水头h相等,1.上下游水位差 h,5 任意网格内的渗透速度,6任意两相邻流线间单位宽度流量,4水力坡降 l为该网格处流线的平均长度,2.相邻两条等势线之间的水头损失 h=h/Nd Nd等势线间隔数,3.孔隙水压力 u=Hw H测压管水柱高度,s为该网格处平均等势线长度，取s= l,7总单位宽度流量,Nf流线间隔数,流网图的应用,例：土体的渗透系数K=310-4mm/s。求1. abcde各点的孔隙水压力 2.地基的单位渗水量 3.阴影部分流网的平均流线长度为4.6m求该流网的水利坡降。,解：1.a、e点位于水面。孔隙水压力为0 吧b、d点位于土层表面,水头损失：,c点孔隙水压力为：,2.地基的单位渗水量,3.阴影部分流网的平 均流线长度为4.6m求 该流网的水利坡降。,2.7 渗透力与临界水力梯度,水在流动时，水流受到来自土骨架的阻力，同时流动的 孔隙水对土骨架产生一个摩擦、拖曳力。,渗透力 G d渗透作用中，孔隙水对土骨 架的作用力，方向与渗流方向一致。,4点，渗流力与重力方 向相反，对稳定特别不利,1点，渗流力与重力方向一致， 渗流力促使土体压密，对稳定有利,2点，3点，渗流力与重力方 向正交，对稳定不利,2.7.2 流土管涌,基本类型,流土,管涌,土工建筑物及地基由于渗流作用而出现的变形或破坏,形成条件,防治措施,流土,在向上的渗透作用下，表层局部土体颗粒同时发生悬浮移动的现象,原因：,不发生流土,发生流土,iicr,iicr,流土,例开挖基坑，土体为均质各向同性的粉质粘土厚14.24m，底部 为砂土。地下水在地表以下2m处。粉质粘土的孔隙比e为0.62， 比重为2.7。那么基坑开挖多深可以避免发生流土。,某建筑工程基槽排水，引起地下水由下往上流动。 水头差70cm，渗径为60cm，砂土的饱和重度,。问是否会发生流土,管涌,原因：,内因 有足够多的粗颗粒形成大于细粒直径的孔隙,外因渗透力足够大,在渗流作用下，一定级配的无粘性土中的细小颗粒，通过较大颗粒所形成的孔隙发生移动，最终在土中形成与地表贯通的管道。,管涌,管涌破坏,管涌,管涌,管涌,管涌的治理,反滤倒渗,管涌的治理,反滤围井,管涌的治理,蓄水反压,土的有效应力原理是土力学理论中最重要的概念之 一，无论是研究土的强度或变形，有效应力的概念是贯 穿始终的。是使土力学成为一门独立学科的重要标志。,2.8 3.3有效应力原理,2003年广东发生多起房屋倒塌，级初步鉴定是由于天气严重干旱，过量开采地下水，使有效应力增加,饱和土是由固体颗粒构成的骨架和充满其间的水组成的两相体，受外力后由两种应力形式承担: 粒间应力: 土骨架承担，由颗粒之间的接触传递 通过土粒间的接触面传递的应力叫有效应力 孔隙水压力：孔隙水承担，由 连通的孔隙水传递,（只有有效应力才能使土体产生固结和强度的改变）,为作用于任意面上的全部应力 （自重应力与附加应力）； 为有效应力， 作用于同一平面的土的骨架上，也称粒间应力； u 为孔隙水压力，,=- u,2.8.2静水条件下有效应力,稳定渗流作用下的有效应力,向下渗流,稳定渗流作用下的有效应力,向上渗流,例,总结,1、达西渗透定律,根据砂土渗透，水的渗透速度与水力坡降成正比 即达西定