第二章土力学.ppt

2020 1 15 1 土力学与地基基础 土木系 第二章土的渗透性及渗流 2020 1 15 2 上节课小结 上堂课课堂习题1 用定义证明下列各式 1 Sr ds e 2 ds 1 w 1 e 2 粘土颗粒哪一层水膜对土的工程地质性质影响最大 为什么 3 某饱和土 干容重为16 2kN m3 20 求土粒比重ds 空隙比e 饱和度Sr 2020 1 15 3 本次授课内容 1 土的三相比例指标换算2 土的结构3 粘性土的水理性质指标 物理状态指标 4 砂土的密实度 物理状态指标 5 土的工程分类 2020 1 15 4 第二章土的渗透性及渗流 本次授课内容 一 与土的渗透性有关的工程地质问题 二 土的渗透性与达西定律三 流网及其工程应用四 渗透破坏与控制要求 1 掌握达西定律 2 初步学会流网的绘制与相关的计算 3 了解渗透力与渗流破坏的类型 2020 1 15 5 第一节 概述 与土的渗透性有关的工程地质问题 1 渗流量问题 如基坑开挖时的渗水量及排水量计算 土堤坝基的渗水量计算 2 渗透破坏问题 渗流产生的渗透力过大时会产生土颗粒或土体的移动 从而产生渗透变形及破坏 3 渗流控制问题 当渗流量或渗透变形不满足设计要求时 要研究制定相应的措施进行工程设计 2020 1 15 6 第二节 土的渗透性与达西定律 土的渗透性与土的强度 变形特征一起 是土力学中的几个主要课题 土的渗透性是指水流通过土中孔隙难易程度的性质 在计算地基沉降的速率和地下水涌水量时都需要土的渗透性指标 反映土的渗透性的指标渗透系数由室内或现场抽水试验测定 用渗透速度 来描述 地下水在土中的渗透速度一般可按达西 Darcy 根据实验得到的直线渗透定律 达西定律计算 2020 1 15 7 一 渗流 是一种假想水流 在包括颗粒在内的整个含水层空间中流动 二 渗透速度v与地下水流真实流速u关系 思考 v与u哪个大 三 达西定律 地下水渗透定律 2020 1 15 8 1 水力坡度i 2 渗透流速v与流量Q 2020 1 15 9 土的渗透系数可以通过室内渗透试验或现场抽水试验来测定 3 各种土的渗透系数k参考值 cm s 致密粘土 10 7粉质粘土10 6 10 7粉土 裂隙粘土10 4 10 6粉砂 细砂10 3 10 4中砂10 1 10 2粗砂 砾石102 10 1 2020 1 15 10 达西定律适用范围 流速慢 0 3 0 5m s 适合层流 流线平行4 关于渗透系数k 1 试验得到 2 非均质含水层k求取 2020 1 15 11 第三节 流网及其工程应用 二唯流 平面流 的流网特征 流网是流线与等势线组成的曲线正交网格 特征如下 2020 1 15 12 1 流线与等势线正交 2 流线与等势线组成的各个网格长宽比为常数 正交网格 3 相邻等势线之间的水头损失相等 4 各个流槽的渗流量相等 2020 1 15 13 四 渗透破坏与控制一 渗透力 渗流力 J 单位体积土颗粒所受到的渗流作用力称为渗透力 代号J 单位kN m3 渗透实验 2020 1 15 14 1 水柱重力GW 水的重力 土粒浮力的反力 GW vv w vs w v w LAw w2 水柱上下两端面的边界水压力 Aw hw w Aw h1 w J的计算公式 设水流的方向如上图 取如图所示的水柱隔离体 不考虑土骨架 其上作用的力有 2020 1 15 15 3 土柱 内土粒对水流的阻力F 与渗流总力F大小相等 方向相反 F J LAW其单位阻力用J 表示 取隔离体作为极限平衡体 则有 whwAw GW F wh1Aw且 F J LAWGW LAw w则有 J w h1 hw L L w h L wi J 2020 1 15 16 1 流土 土体的群体移动 当J 时 土处于流动状态 wicr icr w ds 1 1 n icr 临界水力梯度 二 渗透破坏 2020 1 15 17 2 管涌与潜蚀 细小的颗粒在大颗粒形成的孔隙中流动 孔隙不断增大 最后 粗颗粒也被带走 管涌发生的两个条件 1 几何条件 土中粗颗粒所构成的孔隙直径必须大于细颗粒的直径 必要条件 Cu 10 2 水力条件 渗透力必须能够带动