静水和有渗流情况下的孔隙水应力和有效应力.ppt

渗流力：渗透水流施于单位土体内土粒上的拖曳力，也称渗透力、动水压力。,一、渗流力的概念,4-5渗流力及渗透稳定性,土粒对水流的总阻力Fs,以网格中的孔隙水为研究对象,一、渗流力的概念,4-5渗流力及渗透稳定性,沿水流方向力的平衡,一、渗流力的概念,4-5渗流力及渗透稳定性,渗流力的大小与水力梯度成正比，其作用方向与渗流（或流向）方向一致，是一种体积力，常以kN/m3计。,一、渗流力的概念,4-5渗流力及渗透稳定性,以网格中的整个土体（包括土粒与孔隙水)为研究对象,一、渗流力的概念,4-5渗流力及渗透稳定性,二、渗透变形,（一）渗透变形的形式,流土：在渗流作用下局部土体表面隆起，或土粒群同时起动而流失的现象。它主要发生在地基或土坝下游渗流溢出处。,管涌：在渗流作用下土体中的细土粒在粗土粒形成的孔隙通道中发生移动并被带出的现象。它主要发生在砂砾土中。,4-5渗流力及渗透稳定性,（一）渗透变形的形式,二、渗透变形,4-5渗流力及渗透稳定性,（一）渗透变形的形式,二、渗透变形,4-5渗流力及渗透稳定性,2、管涌型土的临界水力梯度,（二）土的临界水力梯度,二、渗透变形,4-5渗流力及渗透稳定性,4-6在静水和有渗流情况下的孔隙水应力和有效应力,把饱和土体中由孔隙水来承担或传递的应力定义为孔隙水应力，常以u表示。,一、饱和土体中的孔隙水应力和有效应力,把通过粒间的接触面传递的应力称为有效应力。,把孔隙水应力和有效应力之和称为总应力。,A：,Aw：,As：,土单元的截面积,颗粒接触点的截面积,孔隙水的截面积,4-6在静水和有渗流情况下的孔隙水应力和有效应力,一、饱和土体中的孔隙水应力和有效应力,二、在静水条件下水平面上的孔隙水应力和有效应力,4-6在静水和有渗流情况下的孔隙水应力和有效应力,地下水位下降引起增大的部分,=-u,u=wh2,u=wh2,地下水位下降会引起增大，土会产生压缩，这是城市抽水引起地面沉降的一个主要原因。,二、在静水条件下水平面上的孔隙水应力和有效应力,4-6在静水和有渗流情况下的孔隙水应力和有效应力,（一）渗流方向由上向下,三、在稳定渗流作用下下水平面上的孔隙水应力和有效应力,4-6在静水和有渗流情况下的孔隙水应力和有效应力,（二）渗流方向由下向上,h,hw,4-6在静水和有渗流情况下的孔隙水应力和有效应力,三、在稳定渗流作用下下水平面上的孔隙水应力和有效应力,（二）渗流方向由下向上,h,hw,4-6在静水和有渗流情况下的孔隙水应力和有效应力,三、在稳定渗流作用下下水平面上的孔隙水应力和有效应力,静水条件和渗流情况下的应力情况比较,4-6在静水和有渗流情况下的孔隙水应力和有效应力,流网绘出以后，渗流场中任一点的孔隙水应力即可由该点的测压管中的水柱高度(或称压力水头）乘以水的重度得到。,四、根据流网确定孔隙水应力,当计算点位于下游静水位以下时，按照测压管中水柱高度算出的孔隙水应力是由两部分组成的：其一是由下游静水位产生的孔隙水应力，通常将这一部分孔隙水应力称为静孔隙水应力；其二是由渗流所引起的，即超过静水位的那一部分测压管水柱所产生的孔隙水应力,通常将这一部分孔隙水应力称为超静孔隙水应力。,注意：土体的超静孔隙水应力除可由渗流产生以外，荷载（动的或静的）也能够在土体内引起超静孔隙水应力。,4-6在静水和有渗流情况下的孔隙水应力和有效应力,【例题33】如图所示，若地基上的土粒比重Gs为2.68，孔隙率n为38.0，试求：（1）a点的孔隙水应力和有效应力；（2）渗流逸出处12是否会发生流土？（3）图中网格9，10，11，12上的渗流力是多少？,4-6在静水和有渗流情况下的孔隙水应力和有效应力,a点在第二根等势线上，因此，该点的测压管水位应比上游水位低h=0.8m，从图中直接量得下游静水位至a点的高差ha=10m，而超过下游静水位的高度应为ha=h-h8-0.87.2m。则a点测压管中的水位高度hwha+ha=10+7.2=17.2m。所以，a点的孔隙水应力为u=whw=9.817.2=168.56kPa,（1）由图中可知，上下游的水位差h=8m，等势线的间隔数N10，则相邻两等势线间的水头损失h=h/10=8/10=0.8m。,4-6在静水和有渗流情况下的孔隙水应力和有效应力,其中由下游静水位引起的静孔隙水应力为u=wha=9.810=98kPa而由渗流引起的超静孔隙水应力为u=wha=9.87.2=70.56kPaa点的总应力为wh1+sat(ha-h2),其中土的饱和重度satsat9.8=w1+(Gs-1)(1-n)9.81+(2.68-1)(1-0.38)9.820kN/m3代入上式得总应力为9.810+20(10-2)=98+160=258kPa于是，根据有效应力原理，a点的有效应力为-u=258-168.56=89.44kPa,4-6在静水和有渗流情况下的孔隙水应力和有效应力,从图中直接量得网格1，2，3，4的平均渗径长度L=8m，而任一网格上的水头损失均为h=0.8m，则该网格的平均水力梯度为i=h/L0.8/8=0.1该梯度即近似代表地面12处的逸出梯度ie。流土的临界水力梯度为icr=(Gs-1)(1-n)=(2.68-1)(1-0.38)=1.04ie故渗流逸出处12不会发生流土现象。,（2）渗流逸出处12是否会发生流土？,4-6在静水和有渗流情况下的孔隙水应力和有效应力,图中直接量得网格9，10，11，12的平均渗径长度L=5.0m，两流线间的平均距离b=4.4m，网格的水头损失h=0.8m，所以作用在该网格上的渗流力为Jw(h/L)bLwbh9.80.84.4=34.5kN/m,（3）图中网格9，10，11，12上的渗流力是多少？,4-6在静水和有渗流情况下的孔隙水应力和有效应力,复习思考题,4-1何谓达西定律，达西定律成立的条件有哪些？4-2实验室内测定渗透系数的方法有几种？它们之间又什么不同？4-3流网有什么特征？4-4渗透变形有几种形式？各有什么特征？4-5什么是临界水力梯度？如何对其进行计算？4-6孔隙水应力在静水条件下和在稳定渗流作用下有什么不同？如何利用流网确定渗流作用的孔隙水压力。,4-7根据达西定律计算出的流速和土水中的实际流速是否相同？为什么？4-8拉普拉斯方程是由哪两个基本