土力学第二章 土中水的运动规律

1、土中水的运动规律土中水的运动规律 第二章第二章 土体中的渗流土体中的渗流 土颗粒土颗粒土中水土中水 渗流渗流 n 土是一种碎散的多孔介质，土是一种碎散的多孔介质， 其孔隙在空间互相连通。当其孔隙在空间互相连通。当 饱和土中的两点存在能量差饱和土中的两点存在能量差 时，水就在土的孔隙中从能时，水就在土的孔隙中从能 量高的点向能量低的点流动量高的点向能量低的点流动 F 水在土体孔隙中流动的现象称为水在土体孔隙中流动的现象称为渗流渗流 F 土具有被水等流体透过的性质称为土的土具有被水等流体透过的性质称为土的渗透性渗透性 2.1概述概述第二章第二章 土中水的运动规律土中水的运动规律 碎散性碎散性多孔介

2、质多孔介质 三相体系三相体系 孔隙流体流动孔隙流体流动 渗流渗流 水在土体孔隙中流动的现象水在土体孔隙中流动的现象 渗透性渗透性 土体被水透过的性能土体被水透过的性能 渗透特性渗透特性 强度特性强度特性 变形特性变形特性 能量差能量差 2.1概述概述第二章第二章 土中水的运动规律土中水的运动规律 渗漏渗漏 (渗流量问题渗流量问题) 因渗透而引起的水量损失，影响闸坝蓄水等经济效益。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。如：坝、围堰、水库、集水建筑物等。 渗透稳定渗透稳定(渗透变形问题渗透变形问题): 土的稳定性受到渗流破坏，土体颗粒流失，关系工程成土

3、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。败。如：水工建筑物地基、挡水建筑物等。 渗流控制问题：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。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土的渗透性研究主要包括以下三个方面 渗流模型：渗流模型： 1、不考虑渗流路径的迂回曲折，只分析它的主、不考虑渗流路径的迂回曲折，只分析它的主 要流向；要流向； 2、不考虑土体中颗粒的影响，认为孔隙和土粒、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

4、渗流所充满。所占的空间之和均为渗流所充满。 2.1概述概述第二章第二章 土中水的运动规律土中水的运动规律 滑坡 溃坝 管涌 2.1概述概述 渗流量渗流量 渗透变形渗透变形 土石坝土石坝 防渗斜墙及铺盖防渗斜墙及铺盖 浸润线浸润线 透水层透水层 不透水层不透水层 土石坝坝基坝身渗流土石坝坝基坝身渗流 第二章第二章 土中水的运动规律土中水的运动规律 2.1概述概述 渗水压力渗水压力 渗流量渗流量 渗透变形渗透变形 透水层透水层 不透水层不透水层 基坑基坑 板桩墙板桩墙 板桩围护下的基坑渗流板桩围护下的基坑渗流 第二章第二章 土中水的运动规律土中水的运动规律 2.1概述概述 渗流量渗流量 透水层透水

5、层 不透水层不透水层 天然水面天然水面 水井渗流水井渗流 漏斗状潜水面漏斗状潜水面 Q 第二章第二章 土中水的运动规律土中水的运动规律 2.1概述概述 渗流量渗流量 原地下水位原地下水位 渗流时地下水位渗流时地下水位 渠道渗流渠道渗流 第二章第二章 土中水的运动规律土中水的运动规律 2.1概述概述 渗流滑坡渗流滑坡 渗流滑坡渗流滑坡 第二章第二章 土中水的运动规律土中水的运动规律 2.1概述概述 渗流渗流 量量 渗透变渗透变 形形 渗水压渗水压 力力 渗流滑渗流滑 坡坡 土的渗透性及渗透规律土的渗透性及渗透规律 二维渗流及流网二维渗流及流网 渗透力与渗透变形渗透力与渗透变形 土坡稳定分析土坡稳

6、定分析 挡水建筑物挡水建筑物 集水建筑物集水建筑物 引水结构物引水结构物 基坑等地下施工基坑等地下施工 边坡渗流边坡渗流 第二章第二章 土中水的运动规律土中水的运动规律 F水头与水力坡降水头与水力坡降 F土的渗透试验与土的渗透试验与 达西定律达西定律 F渗透系数的测定渗透系数的测定 及影响因素及影响因素 F层状地基的等效层状地基的等效 渗透系数渗透系数 土的渗透性与渗透规律土的渗透性与渗透规律 渗流的驱动能量渗流的驱动能量 反映渗流特点的定律反映渗流特点的定律 土的渗透性土的渗透性 一维渗流计算一维渗流计算 第二章第二章 土中水的运动规律土中水的运动规律 2.2 2.2 土的渗透试验和达西定律

7、土的渗透试验和达西定律 n 位置水头：位置水头：到基准面的竖直距离，到基准面的竖直距离， 代表单位重量的液体从基准面算起代表单位重量的液体从基准面算起 所具有的位置势能所具有的位置势能 n 压力水头：压力水头：水压力所能引起的自由水压力所能引起的自由 水面的升高，表示单位重量液体所水面的升高，表示单位重量液体所 具有的压力势能具有的压力势能 n 测管水头：测管水头：测管水面到基准面的垂测管水面到基准面的垂 直距离，等于位置水头和压力水头直距离，等于位置水头和压力水头 之和，表示单位重量液体的总势能之和，表示单位重量液体的总势能 n 在静止液体中各点的测管水头相等在静止液体中各点的测管水头相等

8、位置、压力和测管水头位置、压力和测管水头 zA 00 A B u0pa w A u zB w B u 基准面基准面 静水静水 第二章第二章 土中水的运动规律土中水的运动规律 2.2 2.2 土的渗透试验和达西定律土的渗透试验和达西定律 水流动的驱动力水流动的驱动力 水往低处流水往低处流 水往高处水往高处“跑跑” 速度速度v 压力压力u 位置：位置：使水流从位置势能使水流从位置势能 高处流向位置势能低处高处流向位置势能低处 流速：流速：水具有的动能水具有的动能 压力：压力：水所具有的压力势能水所具有的压力势能 也可使水流发生流动也可使水流发生流动 第二章第二章 土中水的运动规律土中水的运动规律

9、2.2 2.2 土的渗透试验和达西定律土的渗透试验和达西定律 n 位置势能：位置势能：mgz w u mg n 压力势能：压力势能： 00 基准面基准面 质量质量 m 压力压力 u 流速流速 v z w u n 动能：动能： 2 mv 2 1 2 w mv 2 1u mgmgzE n 总能量：总能量： 2g vu zh 2 w 称为总水头，是水流动称为总水头，是水流动 的驱动力的驱动力 n 单位重量水流的能量：单位重量水流的能量： 水流动的驱动力水流动的驱动力 - 水头水头 第二章第二章 土中水的运动规律土中水的运动规律 2.2 2.2 土的渗透试验和达西定律土的渗透试验和达西定律 渗流中的水

10、头与水力坡降渗流中的水头与水力坡降 A B L 透水层透水层 不透水层不透水层 基坑基坑 板桩墙板桩墙 渗流为水体的流动，应满渗流为水体的流动，应满 足液体流动的三大基本方足液体流动的三大基本方 程：程：连续性方程连续性方程、能量方能量方 程程、动量方程动量方程 第二章第二章 土中水的运动规律土中水的运动规律 2.2 2.2 土的渗透试验和达西定律土的渗透试验和达西定律 A B L hA zA w A u 基准面基准面 g2 vu zh 2 w w u zh n 总水头：总水头：单位重量水体所具有的能量单位重量水体所具有的能量 位置水头位置水头Z Z：水体的位置势能（任选基准面）：水体的位置势

11、能（任选基准面） 压力水头压力水头u/ w：水体的压力势能（：水体的压力势能（u孔隙水压力）孔隙水压力） 流速水头流速水头V2/(2g)：水体的动能（对渗流多处于层流：水体的动能（对渗流多处于层流0） n 渗流的总水头：渗流的总水头： 渗流问题的水头渗流问题的水头 也称也称测管水头测管水头，是渗流的，是渗流的 总驱动能，渗流总是从水总驱动能，渗流总是从水 头高处流向水头低处头高处流向水头低处 第二章第二章 土中水的运动规律土中水的运动规律 2.2 2.2 土的渗透试验和达西定律土的渗透试验和达西定律 w B BB u zh A A点总水头：点总水头： 水力坡降水力坡降 A B L hA hB

12、zA w A u w B u zB h h 基准面基准面 水力坡降线水力坡降线 w A AA u zh B B点总水头：点总水头： 二点总水头差：反映了二点总水头差：反映了 两点间水流由于摩阻力两点间水流由于摩阻力 造成的能量损失造成的能量损失 BA hhh 水力坡降水力坡降 i：单位渗流长度上的水头损失：单位渗流长度上的水头损失 L h i 第二章第二章 土中水的运动规律土中水的运动规律 2.2 2.2 土的渗透试验和达西定律土的渗透试验和达西定律 2.2 2.2 土的渗透试验和达西定律土的渗透试验和达西定律 一一Darcy定律定律 二二Darcy定律的适用范围定律的适用范围 三渗透试验简介

13、三渗透试验简介 水在土中渗透的基本规律水在土中渗透的基本规律 四四影响渗透系数的因素影响渗透系数的因素 第二章第二章 土的渗透性土的渗透性 五五层状地基的等效渗透系数层状地基的等效渗透系数 h1 h2 L 2.2 2.2 土的渗透试验和达西定律土的渗透试验和达西定律 一一. . DarcyDarcy定律定律 Darcy Darcy 定律定律: :在层流状态的渗流中，渗透速度在层流状态的渗流中，渗透速度v v与水力坡降与水力坡降i i的一次方成正比。的一次方成正比。 ikV k:k: 反映土的透水性能的比例系数，称为渗透系数反映土的透水性能的比例系数，称为渗透系数 物理意义：水力坡降物理意义：水

14、力坡降i i1 1时的渗流速度时的渗流速度 单位：单位：mm/s, cm/s, mm/s, cm/s, m/sm/s, m/day, m/day L hh L h i 21 水力坡降：水力坡降： 第二章第二章 土中水的运动规律土中水的运动规律 n v vv s 2.2 2.2 土的渗透试验和达西定律土的渗透试验和达西定律 注意：注意： A Av A A n v V V：假想渗流速度，土体试样全断面的平均渗流速度：假想渗流速度，土体试样全断面的平均渗流速度 V Vs s：实际平均渗流速度，孔隙断面的平均渗流速度：实际平均渗流速度，孔隙断面的平均渗流速度 A Av QVA VsA 第二章第二章 土

15、中水的运动规律土中水的运动规律 2.2 2.2 土的渗透试验和达西定律土的渗透试验和达西定律 二二. . 达西定律达西定律适用条件适用条件 上限：粗粒土上限：粗粒土 vvcr 砾石类土中的渗流不符合达西定律砾石类土中的渗流不符合达西定律 砂土中渗透速度砂土中渗透速度 vcr= =0.3-0.5cm/s 可以用粒径来描述可以用粒径来描述Darcy定律的范围定律的范围 i v o vcr i v o i0 层流（线性流）层流（线性流） 大部分砂土，粉土；疏松的黏土及砂性较大部分砂土，粉土；疏松的黏土及砂性较 重的黏性土重的黏性土 两种特例两种特例 下限：黏性土下限：黏性土(结合水膜的影响）结合水膜

16、的影响） 致密的黏土致密的黏土 ii0, v=k(i - i0 ) )1m( kiv m 第二章第二章 土中水的运动规律土中水的运动规律 室内试验测定方法室内试验测定方法 野外试验测定方法野外试验测定方法 2.2 2.2 土的渗透试验和达西定律土的渗透试验和达西定律 常水头试验法常水头试验法 变水头试验法变水头试验法 井孔抽水试验井孔抽水试验 井孔注水试验井孔注水试验 三三.渗透试验简介渗透试验简介 第二章第二章 土中水的运动规律土中水的运动规律 2.2 2.2 土的渗透试验和达西定律土的渗透试验和达西定律 1.1. 室内试验方法室内试验方法1 1常水头试验法常水头试验法 结果整理结果整理 试

17、验装置：试验装置：如图如图 试验条件试验条件: : h，A，L=const 量测变量量测变量: : Q，t 适用土类：适用土类：透水性较大的砂性土透水性较大的砂性土 qtQ htA QL k vAq L h i ikV )/10( 3 scmk 三三.渗透试验简介渗透试验简介 第二章第二章 土中水的运动规律土中水的运动规律 2.1 2.1 土的渗透试验和达西定律土的渗透试验和达西定律 2.2.室内试验方法室内试验方法2 2变水头试验法变水头试验法 试验装置：试验装置：如图如图 试验条件试验条件: : h变化变化，A，L=const，a 量测变量量测变量: : h ，t 透水性较小的黏性土透水性

18、较小的黏性土 常水头法仅适用于：常水头法仅适用于：透水性较大的砂性土透水性较大的砂性土 )/10( 3 scmk 三三.渗透试验简介渗透试验简介 土试料的透水量=测压管中水下降的体积 第二章第二章 土中水的运动规律土中水的运动规律 t t+ t 2.2 2.2 土的渗透试验和达西定律土的渗透试验和达西定律 结果整理结果整理: 理论依据理论依据: :t时刻：时刻： h t dh 流入量流入量：流出量：流出量： 连续性条件：连续性条件： 2 1 ln h h At aL k 选择几组选择几组h1, h2, t ，计算相应的，计算相应的k，取平均值，取平均值 adhdQ Adt L h kkiAdt

19、dQ dQdQ hkA aLdh dt 2 1 2 1 h h t t hkA aLdh dt 2 1 12 ln h h kA aL ttt Adt L h kadh 三三.渗透试验简介渗透试验简介 渗水量随渗水量随h的减小而增加的减小而增加 第二章第二章 土中水的运动规律土中水的运动规律 2.2 2.2 土的渗透试验和达西定律土的渗透试验和达西定律 常水头试验常水头试验变水头试验变水头试验 条件条件 已知已知 测定测定 算定算定 取值取值 h=consth变化变化 h，A，L Q，t 重复试验后，取均值重复试验后，取均值 a，A，L h，t 2 1 h h ln At aL k htA Q

20、L k 3. 3. 室内试验方法室内试验方法 不同时段试验，取均值不同时段试验，取均值 适用适用粗粒土粗粒土黏性土黏性土 三三.渗透试验简介渗透试验简介 第二章第二章 土中水的运动规律土中水的运动规律 4. 野外测定方法野外测定方法抽水试验和注水试验法抽水试验和注水试验法 优点：可获得现场较为可优点：可获得现场较为可 靠的平均渗透系数靠的平均渗透系数 2.2 2.2 土的渗透试验和达西定律土的渗透试验和达西定律 地下水位地下水位测压管水面测压管水面 井井 抽水量抽水量Q Q r1 r r2 dh dr h1 h h2 不透水层不透水层 观察井观察井 A=2rhi=dh/dr dr dh krh

21、2AkiQ khdh2 r dr Q )hh(k r r lnQ 2 1 2 2 1 2 2 1 2 2 12 hh )r/rln(Q k 缺点：费用较高，耗时较长缺点：费用较高，耗时较长 实验方法：实验方法： 理论依据：理论依据： 三三.渗透试验简介渗透试验简介 第二章第二章 土中水的运动规律土中水的运动规律 2.2 2.2 土的渗透试验和达西定律土的渗透试验和达西定律 5.渗透系数的应用渗透系数的应用 通过室内渗透试验（常水头、变水头）测定。渗通过室内渗透试验（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。透系数可用做判断透水强弱，选择坝体填筑土料。 强透水层强透水

22、层 中等透水层中等透水层 相对不透水层相对不透水层 K10-2cm/s K=10-310-5cm/s K伊里石伊里石蒙脱石蒙脱石 ； 当黏土中含有可交换的钠离子当黏土中含有可交换的钠离子 越多时，其渗透性将越低越多时，其渗透性将越低 n 塑性指数塑性指数IpIp综合反映土的颗粒综合反映土的颗粒 大小和矿物成份，常是渗透系大小和矿物成份，常是渗透系 数的参数数的参数 土的性质土的性质 水的性质水的性质 粒径大小及级配粒径大小及级配 孔隙比孔隙比 矿物成分矿物成分 结构结构 第二章第二章 土中水的运动规律土中水的运动规律 2.2 2.2 土的渗透试验和达西定律土的渗透试验和达西定律 四四. . 渗

23、透系数的影响因素渗透系数的影响因素 n 影响孔隙系统的构成和方向性，影响孔隙系统的构成和方向性， 对黏性土影响更大对黏性土影响更大 n 在宏观构造上，天然沉积层状在宏观构造上，天然沉积层状 黏性土层，扁平状黏土颗粒常黏性土层，扁平状黏土颗粒常 呈水平排列，常使呈水平排列，常使k k水平 水平 k k垂直 垂直 n 在微观结构上，当孔隙比相同在微观结构上，当孔隙比相同 时，凝聚结构将比分散结构具时，凝聚结构将比分散结构具 有更大的透水性有更大的透水性 土的性质土的性质 水的性质水的性质 粒径大小及级配粒径大小及级配 孔隙比孔隙比 矿物成分矿物成分 结构结构 第二章第二章 土中水的运动规律土中水的

24、运动规律 2.2 2.2 土的渗透试验和达西定律土的渗透试验和达西定律 四四. . 渗透系数的影响因素渗透系数的影响因素 饱和曲线饱和曲线 含水量含水量 wWop 干容重干容重 d max 1 含水量含水量 w 渗透系数渗透系数 k 絮状结构絮状结构 分散结构分散结构 土的性质土的性质 水的性质水的性质 粒径大小及级配粒径大小及级配 孔隙比孔隙比 矿物成分矿物成分 结构结构 第二章第二章 土中水的运动规律土中水的运动规律 2.2 2.2 土的渗透试验和达西定律土的渗透试验和达西定律 四四. . 渗透系数的影响因素渗透系数的影响因素 n 水的动力粘滞系数：水的动力粘滞系数： 温度温度 ，水粘滞性

25、，水粘滞性 ，k k n 饱和度（含气量）：封闭气饱和度（含气量）：封闭气 泡对泡对k k影响很大，可减少有效影响很大，可减少有效 渗透面积，还可以堵塞孔隙渗透面积，还可以堵塞孔隙 的通道的通道 土的性质土的性质 水的性质水的性质 粒径大小及级配粒径大小及级配 孔隙比孔隙比 矿物成分矿物成分 结构结构 第二章第二章 土中水的运动规律土中水的运动规律 2.2 2.2 土的渗透试验和达西定律土的渗透试验和达西定律 四四. . 渗透系数的影响因素渗透系数的影响因素 等效渗透系数 确立各层的确立各层的k ki i 根据渗流方向确定等效渗流系数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土

26、的渗透试验和达西定律 天然土层多呈层状天然土层多呈层状 五五. .层状地基的层状地基的等效渗透系数等效渗透系数 第二章第二章 土中水的运动规律土中水的运动规律 H1 H2 H3 H h k1 k2 k3 x zq1x q3x q2x L 五五. .层状地基的层状地基的等效渗透系数等效渗透系数 2.2土的渗透试验和达西定律土的渗透试验和达西定律 1 1 2 2 不透水层不透水层 水平渗流水平渗流 条件条件: : L h iii ixx qq i HH 等效渗透系数等效渗透系数: : qx=vxH=kxiH qix=kiiiHi iix Hk H 1 k 第二章第二章 土中水的运动规律土中水的运动

27、规律 H1 H2 H3 H h k1 k2 k3 x z 五五. .层状地基的层状地基的等效渗透系数等效渗透系数 2.2土的渗透试验和达西定律土的渗透试验和达西定律 竖直渗流竖直渗流: v 承压水承压水 条件条件: vvi i hh i HH 等效渗透系数等效渗透系数: : vi = ki (h hi i/ /Hi) i i i k vH h z k vH h i i z k vH k vH i i z k H H k ) k 1 H H ( k 1 i i z 第二章第二章 土中水的运动规律土中水的运动规律 水平渗流情形水平渗流情形垂直渗流情形垂直渗流情形 条件条件 已知已知 等效等效 推定

28、推定 L h ii ;HH;qq i ii .k.;H,H 121 iHkq x iix Hk H 1 k ii 21 21 HH;hh ;v.vv ;q.qq .k,k.;H,H 2121 H h kikv zz i i z k H H k 2.2土的渗透试验和达西定律土的渗透试验和达西定律 五五. .层状地基的层状地基的等效渗透系数等效渗透系数 第二章第二章 土中水的运动规律土中水的运动规律 算例说明算例说明 day/m100k,m0 . 1H day/m1k,m0 . 1H day/m01. 0k,m0 . 1H 33 22 11 2.2土的渗透试验和达西定律土的渗透试验和达西定律 按层

29、厚加权平均，由较大值控制按层厚加权平均，由较大值控制 倒数层厚加权平均，由较小值控制倒数层厚加权平均，由较小值控制 day/m67.33 H Hk k ii x day/m03. 0 k H H k i i z 五五. .层状地基的层状地基的等效渗透系数等效渗透系数 第二章第二章 土中水的运动规律土中水的运动规律 水平成层土的平均渗透系数将取决于 最透水土层的厚度和渗透性 垂直成层土的平均渗透系数将取决于 最不透水土层的厚度和渗透性 2.2土的渗透试验和达西定律土的渗透试验和达西定律第二章第二章 土中水的运动规律土中水的运动规律 2.3 2.3 渗透力和渗透破坏渗透力和渗透破坏 一、渗流作用下

30、土的应力状态一、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（一）静水条件下土的有效应力与中性应力 1、总应力、总应力 土样 自由水面 （面积） 作用在截面上水柱和土的重量为：作用在截面上水柱和土的重量为： AhzzAhAW wsatsatw )( a点的应力点的应力： hz A W wsat 2、中性应力、中性应力 a点孔隙内的水所具有的静水压力为点孔隙内的水所具有的静水压力为： )(zh w 2.3 渗透力和渗透破坏渗透力和渗透破坏 第二章第二章 土中水的运动规律土中水的运动规律 3.有效应力有效应力 2.3 渗透力和渗透破坏渗透力和渗透破坏 a点除了作用有孔隙水压力外，

31、还有土颗粒之间传递的有效应力，它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，故称为有效应力粒的结构变形，故称为有效应力 。 )(zhhz wwsat z 第二章第二章 土中水的运动规律土中水的运动规律 （二）渗流作用下土的有效应力（二）渗流作用下土的有效应力 2.3 渗透力和渗透破坏渗透力和渗透破坏 1 2 土样 水通过土层向下渗流水通过土层向下渗流 2 1 土样 水通过土层向上渗流水通过土层向上渗流 1、水通过土层向下渗流、水通过土层向下

32、渗流 水面水面 ,保持不变保持不变 动水压力动水压力 1 1w1 uh 2 2w12 u(hhh) 总应力总应力 2 2w1sat2 hh 有效应力有效应力 渗流作用铅直向下时，能使土的有效应力增加。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、水通过土层向上渗流 ab 1 1w1 uh 2 2w12 u(hhh) 2 2w1sat2 hh 渗流作用铅直向上时，则渗流引起的孔隙水压力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。可使土的有效应力减小，影响土的渗透稳定。 hhu w 2222222 、 hhu w 2222222 、 第

33、二章第二章 土中水的运动规律土中水的运动规律 二二. .渗透力和渗透变形渗透力和渗透变形 试验观察 h=0 h=0 静水中，土骨架会受到浮力作用。静水中，土骨架会受到浮力作用。 h0 h0 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。产生一个摩擦、拖曳力。 渗透力渗透力 j 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。 渗透变形渗透变形 渗透力渗透力 h1 h h2 22 hw L 土样土样 滤网滤网 贮水器贮水器 a

34、b 2.3 渗透力和渗透破坏渗透力和渗透破坏 11 1. 渗透力渗透力 第二章第二章 土中水的运动规律土中水的运动规律 h1 h h2 00 hw L 土样土样 滤网滤网 贮水器贮水器 a b 土粒土粒 渗渗 流流 j 2.3 渗透力和渗透破坏渗透力和渗透破坏 1. 1. 渗透力渗透力 第二章第二章 土中水的运动规律土中水的运动规律 h2 00 hw L 土样土样 滤网滤网 贮水器贮水器 a b P2 W P1 R 静水中的土体静水中的土体 A=1 W = = Lsat sat L( + w) P1 = = whw P2 = = wh2 R = ? R + P2 = W + P1 R + wh

35、2 = L( + w) + whw R = L 土水整体分析土水整体分析 2.3 渗透力和渗透破坏渗透力和渗透破坏 1. 1. 渗透力渗透力 第二章第二章 土中水的运动规律土中水的运动规律 h1 h h2 00 hw L 土样土样 滤网滤网 贮水器贮水器 a b P2 W P1 R 静水中的土体静水中的土体 A=1 W = = Lsat sat L( + w) P1 = = whw P2 = = wh1 R = ? R + P2 = W + P1 R + wh1 = L( + w) + whw R = L wh R = L 渗流中的土体渗流中的土体 2.3 渗透力和渗透破坏渗透力和渗透破坏 1

36、. 1. 渗透力渗透力 第二章第二章 土中水的运动规律土中水的运动规律 h1 h h2 00 hw L 土样土样 滤网滤网 贮水器贮水器 a b P2 W P1 R 静水中的土体静水中的土体 A=1 R = L wh R = L 渗流中的土体渗流中的土体 向上渗流存在时，滤网支持力减少向上渗流存在时，滤网支持力减少 减少的部分由谁承担？减少的部分由谁承担？ 水与土之间的作用力渗流的拖曳力水与土之间的作用力渗流的拖曳力总渗透力总渗透力J = wh 渗透力渗透力j = J/V = wh/L = wi j = wi 2.3 渗透力和渗透破坏渗透力和渗透破坏 1. 1. 渗透力渗透力 第二章第二章 土

37、中水的运动规律土中水的运动规律 1. 1. 渗透力渗透力 2.3 渗透力和渗透破坏渗透力和渗透破坏 渗透力的性质渗透力的性质 物理意义：物理意义：渗流作用于单位土体的力（渗流作用于单位土体的力（kN/m3），是渗流对土粒），是渗流对土粒 的作用力，为体积力。的作用力，为体积力。 j = wi大小：大小： 方向：方向：与渗流方向一致与渗流方向一致 作用对象：作用对象：土骨架土骨架 第二章第二章 土中水的运动规律土中水的运动规律 基本类型基本类型 2.2.渗透变形及其基本形式（渗透破坏）渗透变形及其基本形式（渗透破坏） 流土流土 管涌管涌 土工建筑物及地基由于渗流作用而出现的变形或破坏土工建筑物及

38、地基由于渗流作用而出现的变形或破坏 形成条件形成条件 防治措施防治措施 2.3 渗透力和渗透破坏渗透力和渗透破坏 第二章第二章 土中水的运动规律土中水的运动规律 2.3 渗透力和渗透破坏渗透力和渗透破坏 2.渗透变形及其基本形式（渗透破坏）渗透变形及其基本形式（渗透破坏） （1 1）渗透变形）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。当土粒间不存在接触应力，处于即将被浮动的临界状态。当 j 时，土粒被渗流夹带向上浮动。时，土粒被渗流夹带向上浮动。 总渗透力：总渗透力： ww h JLAiLA L 浮浮 重：重： wLA J=w wi 当当时，时， ， 有效应力有效应力： w L

39、h0 第二章第二章 土中水的运动规律土中水的运动规律 渗流引起的渗透破坏主要有： 1. 由于渗流力（渗透力）的作用，使土体颗粒流失或局部 土体产生移动，导致土体变形甚至失稳 2. 由于渗流作用，使水压力或浮力发生变化，导致土体或 结构物失稳 管涌流砂（或流土） 滑坡 水库塌岸，岸坡、土 坝在水位降落时滑动， 挡土墙等结构物失稳 在土坡稳定 分析中讲 引起 2.3 渗透力和渗透破坏渗透力和渗透破坏 2.渗透变形及其基本形式（渗透破坏）渗透变形及其基本形式（渗透破坏） 第二章第二章 土中水的运动规律土中水的运动规律 黏性土黏性土k1k2 砂性土砂性土k2 坝体坝体 （2 2）基本形式基本形式 2.

40、渗透变形及其基本形式（渗透破坏）渗透变形及其基本形式（渗透破坏） a 流土流土 cr iiJW时 和土的密实程度有关 e d i s cr 1 1 渗流渗流 原因原因： 2.3 渗透力和渗透破坏渗透力和渗透破坏 在渗流作用下，黏性土或无黏性土体中某一范围内的颗粒或颗粒群在渗流作用下，黏性土或无黏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。坡面出现局部滑动。 当当iicr时时, ,发生渗透破坏发生渗透破坏。 流砂产生的原因：流砂产生的原因：1.水在土中自下而上渗流水在土中自

41、下而上渗流 2.JW 第二章第二章 土中水的运动规律土中水的运动规律 2.3 渗透力和渗透破坏渗透力和渗透破坏 2.渗透变形及其基本形式（渗透破坏）渗透变形及其基本形式（渗透破坏） 第二章第二章 土中水的运动规律土中水的运动规律 （2 2） 基本形式基本形式 管涌管涌 原因：原因： 内因内因 有足够多的粗颗粒形有足够多的粗颗粒形 成大于细粒直径的孔隙成大于细粒直径的孔隙 外因外因渗透力足够大渗透力足够大 在渗流作用下，无黏性土土体中的细小颗粒，通过粗大颗粒的孔在渗流作用下，无黏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。隙，发生移动或被水流带出的现象。 管涌 管涌破

42、坏 2.3 渗透力和渗透破坏渗透力和渗透破坏 2.渗透变形及其基本形式（渗透破坏）渗透变形及其基本形式（渗透破坏） 第二章第二章 土中水的运动规律土中水的运动规律 流土与管涌的比较流土与管涌的比较 流土流土 土体局部范围的颗粒同时土体局部范围的颗粒同时 发生移动发生移动 管涌管涌 只发生在水流渗出的表层只发生在水流渗出的表层 只要渗透力足够大，只要渗透力足够大， 可发生在任何土中可发生在任何土中 破坏过程短破坏过程短 导致下游坡面产生局部滑动等导致下游坡面产生局部滑动等 现象现象 位置位置 土类土类 历时历时 后果后果 土体内细颗粒通过粗粒形成土体内细颗粒通过粗粒形成 的孔隙通道移动的孔隙通道移动 可发生于土体内部和渗流可发生于土体内部和渗流 溢出处溢出处 一般发生在特定级配的一般发生在特定级配的 无黏性土或分散性黏土无黏性土或分散性黏土 破坏过程相对较长破坏过程相对较长 导致结构发生塌陷或溃口导致结构发生塌陷或溃口 2.3 渗透力和渗透破坏渗透力和渗透破坏 （2 2） 基本形式基本形式 2.渗透变形及其基本形式（渗透破坏）渗透