土力学完整ppt课件

土的渗透性 第二章 第二章土的渗透性 碎散性 多孔介质 三相体系 孔隙流体流动 渗流 水在土体孔隙中流动的现象 渗透性 土体被水透过的性能 渗透特性强度特性变形特性 能量差 2 1概述 2 1概述 渗漏 渗流量问题 因渗透而引起的水量损失 影响闸坝蓄水等经济效益 如 坝 围堰 水库 集水建筑物等 渗透稳定 渗透变形问题 土的稳定性受到渗流破坏 土体颗粒流失 关系工程成败 如 水工建筑物地基 挡水建筑物等 渗流控制问题 当渗流量或渗透变形不满足设计要求时 要研究如何采取工程措施进行渗流控制 土的渗透性研究主要包括以下三个方面 渗流模型 1 不考虑渗流路径的迂回曲折 只分析它的主要流向 2 不考虑土体中颗粒的影响 认为孔隙和土粒所占的空间之和均为渗流所充满 第二章土的渗透性 2 1概述 滑坡 溃坝 管涌 防渗墙 防渗墙射水法施工 防渗墙 管涌的治理 反滤倒渗 反滤围井 蓄水反压 2 1概述 渗流量 渗透变形 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 第二章土的渗透性 2 1概述 渗水压力 渗流量 渗透变形 透水层 不透水层 基坑 板桩墙 板桩围护下的基坑渗流 第二章土的渗透性 2 1概述 渗流量 透水层 不透水层 天然水面 水井渗流 漏斗状潜水面 Q 第二章土的渗透性 2 1概述 渗流量 原地下水位 渗流时地下水位 渠道渗流 第二章土的渗透性 2 1概述 渗流滑坡 渗流滑坡 第二章土的渗透性 2 1概述 渗流量 渗透变形 渗水压力 渗流滑坡 土的渗透性及渗透规律 二维渗流及流网 渗透力与渗透变形 土坡稳定分析 挡水建筑物集水建筑物引水结构物基坑等地下施工边坡渗流 第二章土的渗透性 2 2土的渗透试验和达西定律 一 Darcy定律 二 Darcy定律的适用范围 三 渗透试验简介 水在土中渗透的基本规律 四 影响渗透系数的因素 第二章土的渗透性 h1 h2 L 2 2土的渗透试验和达西定律 一 Darcy定律 第二章土的渗透性 Darcy定律 在层流状态的渗流中 渗透速度v与水力坡降i的一次方成正比 k 反映土的透水性能的比例系数 称为渗透系数 物理意义 水力坡降i 1时的渗流速度 单位 mm s cm s m s m day 水力坡降 2 2土的渗透试验和达西定律 注意 A Av V 假想渗流速度 土体试样全断面的平均渗流速度 Vs 实际平均渗流速度 孔隙断面的平均渗流速度 A Av Q VA VsAv 第二章土的渗透性 2 2土的渗透试验和达西定律 二 达西定律适用条件 上限 粗粒土v vcr 砾石类土中的渗流不符合达西定律 砂土中渗透速度vcr 0 3 0 5cm s 可以用粒径来描述Darcy定律的范围 i v o vcr i v o i0 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 两种特例 下限 粘性土致密的粘土i i0 v k i i0 第二章土的渗透性 室内试验测定方法野外试验测定方法 2 2土的渗透试验和达西定律 常水头试验法 变水头试验法 井孔抽水试验 井孔注水试验 第二章土的渗透性 三 渗透试验简介 2 2土的渗透试验和达西定律 1 室内试验方法1 常水头试验法 三 渗透试验简介 结果整理 试验装置 如图 试验条件 h A L const 量测变量 Q t 适用土类 透水性较大的砂性土 第二章土的渗透性 2 1土的渗透试验和达西定律 2 室内试验方法2 变水头试验法 试验装置 如图 试验条件 h变化 A L const 量测变量 h t 透水性较小的粘性土 常水头法仅适用于 透水性较大的砂性土 第二章土的渗透性 三 渗透试验简介 2 2土的渗透试验和达西定律 结果整理 理论依据 t时刻 h t dh 流入量 流出量 连续性条件 选择几组 h1 h2 t 计算相应的k 取平均值 第二章土的渗透性 三 渗透试验简介 2 2土的渗透试验和达西定律 常水头试验 变水头试验 条件 已知 测定 算定 取值 h const h变化 h A L Q t 重复试验后 取均值 a A L h t 3 室内试验方法 不同时段试验 取均值 适用 粗粒土 粘性土 第二章土的渗透性 三 渗透试验简介 4 野外测定方法 抽水试验和注水试验法 优点 可获得现场较为可靠的平均渗透系数 2 2土的渗透试验和达西定律 地下水位 测压管水面 井 抽水量Q r1 r r2 dh dr h1 h h2 不透水层 观察井 A 2 rh i dh dr 缺点 费用较高 耗时较长 实验方法 理论依据 第二章土的渗透性 三 渗透试验简介 三 渗透试验简介 2 2土的渗透试验和达西定律 第二章土的渗透性 5 渗透系数的应用 通过室内渗透试验 常水头 变水头 测定 渗透系数可用做判断透水强弱 选择坝体填筑土料 强透水层中等透水层相对不透水层 K 10 2cm s K 10 3 10 5cm s K 10 6cm s 卵石 圆砾等用于填筑坝体的防渗部位 影响因素 粒径大小及级配孔隙比矿物成分结构 2 2土的渗透试验和达西定律 四 渗透系数的影响因素 水的动力粘滞系数饱和度 含气量 对k影响很大 封闭气泡 第二章土的渗透性 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 2 2土的渗透试验和达西定律 天然土层多呈层状 第二章土的渗透性 五 层状地基的等效渗透系数 H1 H2 H3 H h k1 k2 k3 x z q1x q3x q2x L 五 层状地基的等效渗透系数 2 2土的渗透试验和达西定律 1 1 2 2 不透水层 水平渗流 条件 等效渗透系数 qx vxH kxiH qix kiiiHi 第二章土的渗透性 H1 H2 H3 H h k1 k2 k3 x z 五 层状地基的等效渗透系数 2 2土的渗透试验和达西定律 竖直渗流 v 承压水 条件 等效渗透系数 vi ki hi Hi 第二章土的渗透性 水平渗流情形 垂直渗流情形 条件 已知 等效 推定 2 2土的渗透试验和达西定律 五 层状地基的等效渗透系数 第二章土的渗透性 算例说明 2 2土的渗透试验和达西定律 按层厚加权平均 由较大值控制 倒数层厚加权平均 由较小值控制 五 层状地基的等效渗透系数 第二章土的渗透性 2 3渗透力和渗透破坏 第二章土的渗透性 一 渗流作用下土的应力状态 一 静水条件下土的有效应力与中性应力 1 总应力 作用在截面上水柱和土的重量为 a点的应力 2 中性应力 a点孔隙内的水所具有的静水压力为 2 3渗透力和渗透破坏 3 有效应力 第二章土的渗透性 2 3渗透力和渗透破坏 a点除了作用有孔隙水压力外 还有土颗粒之间传递的有效应力 它直接由土颗粒的接触点传递压力 完全作用在土体骨架上而影响骨架土粒的结构变形 故称为有效应力 二 渗流作用下土的有效应力 第二章土的渗透性 2 3渗透力和渗透破坏 水通过土层向下渗流 水通过土层向上渗流 1 水通过土层向下渗流 水面 保持不变 动水压力 总应力 有效应力 渗流作用铅直向下时 能使土的有效应力增加 2 水通过土层向上渗流 渗流作用铅直向上时 则渗流引起的孔隙水压力可使土的有效应力减小 影响土的渗透稳定 二 渗透力和渗透变形 试验观察 h 0静水中 土骨架会受到浮力作用 h 0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j 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 渗透变形 渗透力 h1 h h2 2 2 hw L 滤网 贮水器 a b 第二章土的渗透性 2 3渗透力和渗透破坏 1 1 1 渗透力 1 渗透力 A 1 2 3渗透力和渗透破坏 第二章土的渗透性 则土粒对水流的阻力为 根据力的平衡 渗流作用于试样的总渗透力J应和土粒对水流的阻力F大小相等方向相反 渗透力 1 渗透力 2 3渗透力和渗透破坏 第二章土的渗透性 渗透力的性质 物理意义 渗流作用于单位土体的力 kN m 是渗流对土粒的作用力 为体积力 j wi 大小 方向 与渗流方向一致 作用对象 土骨架 基本类型 2 渗透变形及其基本形式 渗透破坏 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 2 3渗透力和渗透破坏 第二章土的渗透性 2 3渗透力和渗透破坏 第二章土的渗透性 2 渗透变形及其基本形式 渗透破坏 1 渗透变形 土粒间不存在接触应力 处于即将被浮动的临界状态 当 时 土粒被渗流夹带向上浮动 总渗透力 浮重 当 时 有效应力 渗透变形的危害 a 土粒被渗流带走 地基中形成过通穴道 上部结构倒塌 b 滑坡 2 基本形式 2 渗透变形及其基本形式 渗透破坏 a流土 渗流 原因 2 3渗透力和渗透破坏 第二章土的渗透性 在渗流作用下 粘性土或无粘性土体中某一范围内的颗粒或颗粒群同时发生流动的现象 下游的土坡局部面积出现被渗流带走并导致坡面出现局部滑动 当i icr时 发生渗透破坏 流砂产生的原因 1 水在土中自下而上渗流2 J W 2 基本形式 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 无粘性土土体中的细小颗粒 通过粗大颗粒的孔隙 发生移动或被水流带出的现象 管涌 管涌破坏 2 3渗透力和渗透破坏 第二章土的渗透性 2 渗透变形及其基本形式 渗透破坏 流土与管涌的比较 流土 土体局部范围的颗粒同时发生移动 管涌 只发生在水流渗出的表层 只要渗透力足够大 可发生在任何土中 破坏过程短 导致下游坡面产生局部滑动等 现象 位置 土类 历时 后果 土体内细颗粒通过粗粒形成的孔隙通道移动 可发生于土体内部和渗流溢出处 一般发生在特定级配的无粘性土或分散性粘土 破坏过程相对较长 导致结构发生塌陷或溃口 2 3渗透力和渗透破坏 第二章土的渗透性 2 基本形式 2 渗透变形及其基本形式 渗透破坏 3 形成条件 Fs 安全系数1 5 2 0 i 允许坡降 i icr i icr i icr 土体处于稳定状态 土体发生流土破坏 土体处于临界状态 流土 经验判断 2 3渗透力和渗透破坏 第二章土的渗透性 2 渗透变形及其基本形式 渗透破坏 3 形成条件 2 3渗透力和渗透破坏 第二章土的渗透性 a 粘性土及 的匀粒砂土 在一定水力坡降下 易发生流土 b 级配不连续 细粒 管涌 细粒 流土 c 正常级配 管涌 流土 2 渗透变形及其基本形式 渗透破