第二章土中水的运动规律(确定)

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质多孔介质三相体系三相体系

2、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，关系工程成土的稳定性受到渗流破坏，土体颗粒流失，关系工程成败。如：水

3、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

4、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

5、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

6、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

7、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位置、压力和测管水头位置、压力和测管水头zA00ABu0pawAu zBwBu 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

8、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 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：mgzwumg 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 vzwu n 动能：动能：2mv212wmv21umgmgzE n 总能量：总能量：2gvuzh2w

9、 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 渗流中的水头与水力坡降渗流中的水头与水力坡降ABL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

10、验和达西定律 ABLhAzAwAu 基准面基准面g2vuzh2w wuzh 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

11、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 wBBBuzh A A点总水头：点总水头：水力坡降水力坡降ABLhAhBzAwAu wBu zBh h基准面基准面水力坡降线水力坡降线wAAAuzh 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BAhhh 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Lhi 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

12、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h1h2L2.2 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。ikVk:k:

13、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/dayLhhLhi21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nvvvs 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：AAvAAnv 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

14、度，孔隙断面的平均渗流速度A AvQVA VsA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 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 ivovcrivoi0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：

15、黏性土(结合水膜的影响）结合水膜的影响）致密的黏土致密的黏土 ii0, v=k(i - i0 )1m(kivm 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

16、试验装置：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 htAQLkvAq LhiikV)/10(3scmk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较小的黏性土常水头法仅适用于：常水头

17、法仅适用于：透水性较大的砂性土透水性较大的砂性土)/10(3scmk 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tt+ t2.2 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： htdh流入量流入量：流出量：流出量：连续性条件：连续性条件：21lnhhAtaLk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adhdQAdtLhkkiAdtdQdQdQ hkAaLdhdt2121hhtthkAaLdhdt2112lnhhkAaL

18、tttAdtLhkadh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，LQ，t重复试验后，取均值重复试验后，取均值a，A，Lh，t21hhlnAtaLk htAQLk3. 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

19、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 Qr1rr2dhdrh1hh2不透水层不透水层观察井观察井A=2rhi=dh/drdrdhkrh2AkiQ khdh2rdrQ )hh(krrlnQ212212 212212hh)r/rln(Qk 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

20、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/sK=10-310-5cm/sK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

21、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

22、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

23、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，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

24、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H1H2H3Hhk1k2k3xzq1xq3xq2xL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1122不透水层不透水层水平渗流水平渗流条件条件:

25、 :Lhiii ixxqq iHH等效渗透系数等效渗透系数: :qx=vxH=kxiHqix=kiiiHi iixHkH1k第二章第二章 土中水的运动规律土中水的运动规律H1H2H3Hhk1k2k3xz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 ihh iHH等效渗透系数等效渗透系数: :vi = ki (h hi i/ /Hi)iiikvHh zkvHh iizkvHkvH iizkHHk)k1HH(k1iiz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

26、渗流情形垂直渗流情形条件条件已知已知等效等效推定推定Lhii;HH;qqiii .k.;H,H121iHkqx iixHkH1k ii2121HH;hh;v.vv;q.qq.k,k.;H,H2121Hhkikvzz iizkHHk2.2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 . 1Hday/m1k,m0 . 1Hday/m01. 0k,m0 . 1H332211 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厚加权平均，由较大值控制按层厚加

27、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/m67.33HHkkiix day/m03. 0kHHkiiz 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

28、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： AhzzAhAWwsatsatw)(a点的应力点的应力： hzAWwsat2、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： )(zhw2.3 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，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

29、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 。)(zhhzwwsatz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12土样水通过土层向下渗流水通过土层向下渗流 21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、水通过土层向下渗流水面水面 ,保持不变保持不变动水压力动水压力1 1w1uh 2 2w12u(hhh) 总应力总应力 2 2w1sat2hh 有效应力有效应

30、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ab1 1w1uh 2 2w12u(hhh) 2 2w1sat2hh 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。 hhuw2222222、hhuw2222222、第二章第二章 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

31、 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h1hh222hwL土样土样滤网滤网贮水器贮水器a b2.3 渗透力和渗透破坏渗透力和渗透破坏111. 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h1hh200hwL土样土样滤网滤网贮水器贮水器a b土粒土粒渗渗 流流j2.3 渗透力和渗透破坏渗透力和

32、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h200hwL土样土样滤网滤网贮水器贮水器a bP2WP1R静水中的土体静水中的土体A=1W = = LsatsatL( + w)P1 = = whwP2 = = wh2R = ?R + P2 = W + P1R + wh2 = 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h1hh200hwL土样土样滤网滤网贮水器贮水器a bP2WP1R静水中的土体静水中的土体A=1W = = Lsats

33、atL( + w)P1 = = whwP2 = = wh1R = ?R + P2 = W + P1R + wh1 = L( + w) + whw R = L whR = 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. 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h1hh200hwL土样土样滤网滤网贮水器贮水器a bP2WP1R静水中的土体静水中的土体A=1R = L whR = 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

34、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 = wij = wi2.3 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

35、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

36、流夹带向上浮动。总渗透力：总渗透力： wwhJLAiLAL浮浮 重：重： wLAJ=wwi 当当时，时， 有效应力有效应力： wLh0 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

37、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.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criiJW时和土的密实程度有关ediscr11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

38、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

39、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）渗透变形及其基本形式（渗透破坏