高等土力学渗流PPT课件

-,1,第4章土中水与土中的渗流及其计算,-,2,4.1概述,4.1.1岩土中的水及其运动,-,3,土中水,结合水,强结合水,弱结合水,自由水,重力水（受重力）,毛细水（受重力、毛细作用）,气态水：呈水蒸气形态的水,固态水：呈冰状态的水,（受重力控制，能传递静水压力）,4.2土中水的形态及其对土性的影响,-,4,-,5,电渗电泳现象,粘土颗粒表面电荷,双电层与结合水,-,6,粘土颗粒双电层的厚度,解得：,双电层厚度：,-,7,4.2.2毛细水与土中吸力,1、毛细水和毛细水上升高度,-,8,2、土中吸力,土的吸力：基质吸力溶质吸力,-,9,-,10,4.3土的渗透性,4.3.1土中水的势能,土中水的总势能：,：静水压力势；渗流压力势；超静水压力势,-,11,-,12,-,13,-,14,4.3.2达西定律,式中：i水头梯度（水力梯度）,渗流平均流速：,于是：,真实渗流流速：,-,15,4.3.4影响土渗透性的因素,1、颗粒骨架对土渗透性的影响,1）颗粒组成粘土：矿物成分，高岭石伊利石蒙脱石粗粒土：颗粒大小、颗粒形状、颗粒级配,2）土的状态粘土：孔隙比粗粒土：密实度,3）土的结构,2、渗透流体的影响,-,16,-,17,1、粗粒土,Reynold试验：,当Re10时，层流区，200Re5时，过渡区，Re200时，紊流区，,适用于：中砂、细砂、粉砂；不适用：粗砂、砾石、卵石等。,4.3.5达西定律的适用范围,-,18,2、粘性土（非线性渗透）,-,19,4.4二维渗流与流网,4.4.1二维渗流的基本微分方程,假定土体和水都不可压缩，则单元进出流量应相等，由此可得：,流入单元流量：,流出单元流量：,即：,-,20,由达西定律：,将上式代入连续条件微分方程，可得：,对各向同性土，kx=kz，则：,-,21,4.4.2流网及其应用,1.势函数与流函数,引入速度势定义，设势函数,则有：,根据柯西黎曼方程：必存在一流函数其一阶偏导数：,-,22,将第一式两边对x微分减去第二式两边对z微分，得：,将第一式两边对z微分减去第二式两边对x微分，得：,-,23,2.流网的性质及绘制,式（4-36）第一式除以第二式：,-,24,1、流网及其性质,流网：等势线和流线交织成的网格；流网性质：流网是相互正交的网格；,流网为曲边正方形；任意两相邻等势线间的水头损失相等；任意两相邻流线间的单位渗流量相等。,2、流网的绘制,-,25,-,26,3、流网的工程应用,（1）渗流速度计算,任意两等势线间水头差：,则所求网格内的渗流速度：,-,27,（2）渗流量计算,单位宽度内总的渗流量：,其中：n为流线数量；,为任意两相邻流线间的单位渗流量。,所以，单位宽度内的总流量为：,-,28,4、各向异性土与分层土中的流网,-,29,4.5有关渗流的一些工程问题,4.5.1渗透力与渗透变形及其防治,1、渗透力,-,30,2、渗透变形,流砂（流土）管涌,3、渗透变形的防治,采用不透水材料或完全阻断渗流路径，或者增加渗透路径，减少水力坡降；在渗流出逸处布置减压、压重或反滤层防止流土和管涌的发生。,-,31,4.5.2渗流条件下土坡的稳定,-,32,4.5.3挡土构造物上的土压力和水压力,1、静水压力作用下的水土压力,1）水土分算,2）水土合算,-,33,2、不同渗流情况下的水土压力,-,34,-,35,3、超静孔隙水压力对水土压力的影响,-,36,4.6渗流的数值计算,4.6.1渗流的基本微分方程,1、不可压缩土体：,2、可压缩土体,-,37,4.6.2定解条件,1、第一类边界条件：已知水头,2、第二类边界条