第二章 渗透性与渗流ppt课件

精选,1,2土的渗透性与渗流问题,精选,2,复习,2.渗透系数,1.渗透规律,达西定律,适用条件,评价水在土中渗透规律，关键是要解决好两个问题：1.确定渗透系数k2.确定水力坡降i,复习,精选,4,4）实际应用,2）绘制方法,3）流网特点,1）基本要求,正交性；各个网格的长宽比取c=1，即为曲边正方形；在边界上满足流场边界条件要求，保证解的唯一性。,与上下游水位变化无关，h=const；等势线上各点测管水头H相等；与k无关。,确定边界流线和首尾等势线流线等势线反复修改，调整；一个高精度的流网图，需经过多次的修改后才能完成。,本节要点：流网的绘制及应用,测管水头：=位置水头压力水头水力坡降：,确定孔压：,确定流速：,确定流量：,压力水头,复习,精选,5,3）平面渗流条件下的渗透力,复杂条件,总渗透力J大小：jx网格面积方向：与流线一致作用点：形心,流网,2）受力分析,1.渗透力,1）试验观察,精选,6,2）渗透稳定,试验确定公式计算经验估计,允许水力坡降（视土类及破坏类型而定）,实际水力坡降（由流网求出）,流土：1.52.1（开始至破坏时间短）管涌：稍小一些（开始至破坏历时长）,1）基本类型：,2.渗透变形,流土与管涌,土的渗透性与渗透规律,2-1,2-2,平面渗流与流网,2-3,渗透力与渗透变形,讲授内容,2-4,有效应力原理及应用,土的渗透性与渗透规律,2-1,精选,8,1.有效应力原理,饱和土,孔隙水,固体颗粒骨架,+,两相系,土有两个承担和传递力的系统：土骨架和孔隙流体；饱和土是土骨架和孔隙水所组成的两相系；作用在饱和土上的力由骨架和孔隙水共同承担；由土骨架承担的力，主要是通过颗粒之间的接触点传递的，称之为粒间作用力，记为Ps；由孔隙水承担的力，一般仅是球应力。孔隙水所承受的法向应力或者球应力可以通过彼此连通的孔隙水传递，称之为孔隙水压力，记为u,2.4有效应力原理及应用,精选,9,总应力粒间传递的压力+孔隙水压力,饱和土的有效应力原理揭示了饱和土所承受的总应力、粒间传递的应力和孔隙水压力三者之间的关系。,1.有效应力原理,u,2.4有效应力原理及应用,精选,10,取单元体：,1）饱和土,应力状态分析,定义：有效应力s,饱和土有效应力原理揭示了外力作用下土体中一点的总应力、有效压力和孔隙水压力三者之间的关系,1.有效应力原理,列平衡方程：,2.4有效应力原理及应用,精选,11,物理本质:,a.揭示了饱和土体内任一平面上作用的总应力是由有效应力和孔隙水压组成的。,1.有效应力原理,一般地,2.4有效应力原理及应用,精选,12,孔隙水压力的作用对摩擦、土颗粒破碎没有贡献，它在各个方向相等，只能使土颗粒本身受到静水的压力，由于颗粒本身压缩模量很大，故土粒本身不会有压缩变形。孔隙水压力对变形强度没有直接的影响，又称之为中性应力。,1.有效应力原理,b.揭示了饱和土的强度和变形是由有效应力控制的，而不是由总应力控制。,a.揭示了饱和土体内任一平面上作用的总应力是由有效应力和孔隙水压组成的。,2.4有效应力原理及应用,精选,13,变形的原因,试想：海床对土粒的反力哪一种情况下要更大一些？哪个土粒更容易被推动？,颗粒相对滑移、滚动（克服滑动摩擦）与成正比接触点处应力过大而破碎与有关大孔隙消失细粒土受到剪压作用与有关,孔隙水压力的作用,1.有效应力原理,b.揭示了饱和土的强度和变形是由有效应力控制的，而不是由总应力控制。,a.揭示了饱和土体内任一平面上作用的总应力是由有效应力和孔隙水压组成的。,物理本质:,2.4有效应力原理及应用,精选,14,强度的成因,土的强度以摩阻力为主摩擦强度（砂土）,1.有效应力原理,变形的原因,孔隙水压力的作用,b.揭示了饱和土的强度和变形是由有效应力控制的，而不是由总应力控制。,a.揭示了饱和土体内任一平面上作用的总应力是由有效应力和孔隙水压组成的。,物理本质:,2.4有效应力原理及应用,精选,15,c.有效应力原理应用的关键是测算土中的孔隙水压力,总应力可确定有效应力不可测孔隙水压力u可测定或算定,室内试验方法：模拟现场应力应变条件，测定孔压大小变化；原位测定方法：在现场埋设孔压传感器,测定,几种常见条件下可以计算；对加载条件、边界条件均较复杂的情况，计算方法很复杂,其中许多课题目前还有待研究。,算定,1.有效应力原理,b.揭示了饱和土的强度和变形是由有效应力控制的，而不是由总应力控制,a.揭示了饱和土体内任一平面上作用的总应力是由有效应力和孔隙水压组成的,物理本质:,2.4有效应力原理及应用,精选,16,2.饱和土中孔隙水压力的计算,1)静水条件,自重应力sz=z，sz是指有效应力，地下水位以下sz计算采用浮容重,是因为静水压力对土骨架的浮托力，减轻了土的有效重量，从有效应力原理的角度讲，u=wzw（存在着孔隙水压力）。,地下水位,水平地基,注意：孔隙水压力=静水压力,2.4有效应力原理及应用,精选,17,2.饱和土中孔隙水压力的计算,1)静水条件,自重应力sz=z，sz是指有效应力，地下水位以下sz计算采用浮容重,是因为静水压力对土骨架的浮托力，减轻了土的有效重量，从有效应力原理的角度讲，u=wzw（存在着孔隙水压力）。地下水位下降会引起z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。,地下水位,水平地基,2.4有效应力原理及应用,精选,18,2.饱和土中孔隙水压力的计算,1)静水条件,自重应力sz=z，sz是指有效应力，地下水位以下sz计算采用浮容重,是因为静水压力对土骨架的浮托力，减轻了土的有效重量，从有效应力原理的角度讲，u=wzw（存在着孔隙水压力）。地下水位下降会引起z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。,地下水位,地下水位下降引起z的增大的部分,水平地基,2.4有效应力原理及应用,精选,19,海洋土层,问题：,2.饱和土中孔隙水压力的计算,1)静水条件,海平面上升，只会海平面的水位变化是否会影响到有效应力变化？引起z与u增大，而z与H和zw无关，不变化,2.4有效应力原理及应用,精选,20,海洋土层,2.饱和土中孔隙水压力的计算,1)静水条件,2.4有效应力原理及应用,精选,21,毛细饱和区,毛细饱和区,2.饱和土中孔隙水压力的计算,1)静水条件,2.4有效应力原理及应用,精选,22,2.饱和土中孔隙水压力的计算,1)静水条件,在重力作用下可在土中自由流动的水（与普通水相同）作用：减轻土的有效重量重力作用下产生渗流,复习,结晶水结合水自由水,重力水,毛细水,土中水的形态与类型,2.4有效应力原理及应用,精选,23,2.饱和土中孔隙水压力的计算,1)静水条件,结晶水结合水自由水,重力水,毛细水,土中水的形态与类型,复习,毛细现象,土中毛细现象:1)非饱和土中的毛细水:吸附作用2)地下水位以上土层：毛细作用2)对砂土强度的影响:假粘聚力,毛细水压力：倒三角形分布,上升高度：与毛细管半径成反比,2.4有效应力原理及应用,精选,24,毛细饱和区,毛细饱和区,2.饱和土中孔隙水压力的计算,1)静水条件,注意：孔隙水压力=静水压力或毛细压力,2.4有效应力原理及应用,精选,25,2)稳定渗流条件,a-a水平面上的总应力,a-a水平面上的孔隙水压力,a-a水平面上的有效应力,注意：渗透压力与渗透力的区别前者为面力wH，后者为体力wi。,2.饱和土中孔隙水压力的计算,1)静水条件,2.4有效应力原理及应用,精选,26,2)稳定渗流条件,a-a水平面上的总应力,a-a水平面上的孔隙水压力,a-a水平面上的有效应力,2.饱和土中孔隙水压力的计算,1)静水条件,注意：渗透压力=总渗透力J/渗流断面AwiH2A/A=wH,2.4有效应力原理及应用,精选,27,2)稳定渗流条件,a-a水平面上的总应力,a-a水平面上的孔隙水压力,a-a水平面上的有效应力,2.饱和土中孔隙水压力的计算,1)静水条件,注意：孔隙水压力=静水压力渗透压力,2.4有效应力原理及应用,精选,28,2)稳定渗流条件,2.饱和土中孔隙水压力的计算,1)静水条件,向下渗流时的应力分布,2.4有效应力原理及应用,精选,29,2)稳定渗流条件,2.饱和土中孔隙水压力的计算,1)静水条件,稳定渗流条件下，有效应力原理恒成立；渗透压力是引起孔隙水压力的原因之一，可使有效应力增大或减小。,2.4有效应力原理及应用,精选,30,2)稳定渗流条件,2.饱和土中孔隙水压力的计算,1)静水条件,孔隙水压力u=压力水头huxgw=(测管水头h位置水头hz)xgw,平面渗流条件,复杂渗流条件,流场中任意点的孔隙水压力计算：,2.4有效应力原理及应用,精选,31,三种成因的孔压u均不随时间而变化，孔压u的大小及分布取决于三种压力的大小及分布。,对自