土的渗流性和渗流问题习题与答案

1、学而不思则惘，思而不学则殆第四章土的渗流性和渗流问题一、填空题1当渗流方向向上，且水头梯度大于临界水头梯度时，会发生流砂现象。2渗透系数的数值等于水力梯度为1时，地下水的渗透速度越小，颗粒越粗的土,渗透系数数值越大3. 土体具有被液体透过的性质称为土的4一般来讲，室内渗透试验有两种，即5. 渗流破坏主要有流砂 和.渗透性或透水性。常水头法 和变水头法管涌两种基本形式。6. 达西定律只适用于层流的情况，而反映土的透水性的比例系数，称之为土的_渗透系数 。7. 出现流砂的水头梯度称临界水头梯度。8. 渗透力是一种体积力。它的大小和水力坡度成正比，作用方向与渗流方向 相一致。二、名词解释1. 渗流力

2、：水在土中流动时，单位体积土颗粒受到的渗流作用力。2. 流砂：土体在向上动水力作用下，有效应力为零时，颗粒发生悬浮、移动的现象。3. 水力梯度：土中两点的水头差与水流过的距离之比。为单位长度上的水头损失。4. 临界水力梯度：使土开始发生流砂现象的水力梯度。三、选择题1.流砂产生的条件为：（D ）（A）渗流由上而下，动水力小于土的有效重度（B）渗流由上而下，动水力大于土的有效重度（C）渗流由下而上，动水力小于土的有效重度（D）渗流由下而上，动水力大于土的有效重度Icr时，动水力 Gd大小为:2.饱和重度为20kN/m3的砂土，在临界水头梯度(D) 20 kN/m3(D )渗透系数（A）1 kN/

3、m3（ B）2 kN/m 3（ C）10 kN/m33.反应土透水性质的指标是（D ）o（A ）不均匀系数（B）相对密实度（C）压缩系数4. 下列有关流土与管涌的概念，正确的说法是（C ）o（A）发生流土时，水流向上渗流；发生管涌时，水流向下渗流（B ）流土多发生在黏性土中，而管涌多发生在无黏性土中（C）流土属突发性破坏，管涌属渐进式破坏（D）流土属渗流破坏，管涌不属渗流破坏5. 土透水性的强弱可用土的哪一项指标来反映？ （D ）（A ）压缩系数（B）固结系数（C）压缩模量（D）渗透系数6. 发生在地基中的下列现象，哪一种不属于渗透变形？ （A ）（A ）坑底隆起（B）流土（ C）砂沸（D）流

4、砂7. 下属关于渗流力的描述不正确的是（D ）o（A）其数值与水力梯度成正比，其方向与渗流方向一致（B）是一种体积力，其量纲与重度的量纲相同（C）流网中等势线越密集的区域，其渗流力也越大（D）渗流力的存在对土体稳定总是不利的8. 下列哪一种土样更容易发生流砂？（B（A ）砂砾或粗砂（B）细砂或粉砂（C）粉质黏土（ D）黏土9成层土水平方向的等效渗透系数：:：与垂直方向的等效渗透系数'的关系是（A ）。（A ）1 >（ B）八丫（ C）10. 在渗流场中某点的渗流力（A ）。（A）随水力梯度增加而增加（B）随水利力梯度增加而减少（C）与水力梯度无关11. 评价下列说法的正误。（D

5、） 土的渗透系数越大，土的透水性也越大，土的水力梯度也越大； 任何一种土，只要水力梯度足够大，就有可能发生流土和管涌； 土中任一点渗流力的大小取决于该点孔隙水总水头的大小； 渗流力的大小不仅取决于水力梯度，还与其方向有关。（A ）对（B）对（C）和对（D）全不对12. 下列描述正确的是（C ）。（A）流网中网格越密处，其水力梯度越小（B）位于同一条等势线上的两点，其孔隙水压力总是相同的（C）同一流网中，任意两相邻等势线间的势能差相等（D）渗透流速的方向为流线的法线方向（D ）地基承载力问题13土体渗流研究的主要问题不包括（D ）。（A ）渗流量问题（B）渗透变形问题 （C）渗流控制问题14某岸

6、边工程场地细砂含水层的流线上A、B两点，A点的水位标高2.5米，B点的水位标高3.0米，两点间流线长为 10米，计算两点间的平均渗透力最接近下列（ C ）个值。33（A） 1.25kN/m（ B） 0.83 kN/m15. 饱和土体的渗透过程应该是（B ）（A）孔隙水压力不断增加的过程（C）有效应力不断减少的过程16. 在渗流场中某点的渗透力（A ）（A ）随水力坡降（水力梯度）增加而增加（C）与水力坡降无关（C）0.50 kN/m 3（ D） 0.20 kN/m（B）有效应力的增加而孔隙水压力减小的过程（D）有效应力的减少而孔隙水压力增加的过程（B）随水力坡降（水力梯度）增加而减小C ）（B

7、）基坑开挖过程中（B）下游挖减压沟17. 下列哪种情况下土中超静孔隙水压力不变化（A）地基表面一次加荷后（C）土坝中形成稳定渗流后，上下游水位不变期间18. 在防治渗透变形措施中，哪些是在控制水力坡降（A）上游做垂直防渗推幕或设水平铺盖（C）溢出部位铺设反滤层19. 已知土体ds = 2.7、e= 1.则该土的临界水力坡降为多少？ （ C ）（A ） 1.7（ B） 1.35（ C） 0.8520. 下列土样中哪一种更容易发生流砂？ （ B（A ）粗砂或砾砂（B）细砂和粉砂（C）铅土21. 管涌形成的条件中，除具有一定的水力条件外还与几何条件有关，下列叙述正确的是: （B ）（A） 不均匀系数

8、 Cu V 10的土比不均匀系数 Cu > 10的土更容易发生管涌（B） 不均匀系数 Cu > 10的土比不均匀系数 Cu V 10的土更容易发生管涌（C）与不均匀系数 Cu没有关系22. 下述关于渗透力的描述正确的为：（C其方向与渗透路径方向一致其数值与水头递度成正比是一种体积力（A）仅正确（B）仅正确（C）都正确23. 在常水头试验测定渗透系数 k中，饱和土样截面积为 A，长度为L点水流经土样，当 水 头差 h，及渗出流量 Q稳定后，量测经过时间 t内流经试样的水量 V，则土样的渗透系数 k为多少？ （ C ）（A） V h/ ALt（B） hV/LAt（C） VL/ hAt四

9、、判断题1绘制流网时必须满足的基本条件之一是流线和等势线必须正交。（V）2达西定律中的渗透速度不是孔隙水的实际流速。（V ）3土的孔隙比愈大，其渗透系数也愈大。（X ）4在流网图中，流线愈密集的地方，水力坡降愈小。（X ）5. 发生流砂时，渗流力方向与重力方向相同。（X ）6细粒土的渗透系数测定通常采用 常水头”试验进行。（X ）7绘制流网时，每个网格的长宽比没有要求。（X ）8在流网中，任意两相邻流线间的渗流量相等。（V ）9管涌发生在渗流溢出处，而流土发生的部位可以在渗流溢出处，也可以在土体内部。（V ） 10土中水的渗透速度即为其实际流动速度。（X ）五、简答题1影响渗透系数大小的主要因

10、素有哪些？答：（1） 土的粒度成分和矿物成分（2） 土的密实度 （3） 土的饱和度 （4） 土的结构 （5）水的温度 （6） 土的构造2流砂现象防治的方法有哪些？答：（1）减小或消除水头差：采用坑外降低地下水位或采用水下挖掘。（2 ）增长渗流路径：打板桩。（3）在向上渗流出口处地表压重。（4）加固土层：冻结法、注浆法。3管涌发生的条件是什么？防治措施有哪些？答：发生条件：（1）必要条件：土中粗颗粒所构成的孔隙直径必须大于细颗粒的直径。通常 发生在Cu >10的土中。（2）水力条件：动水力能带动细颗粒在孔隙间滚动或移动。防治原则：（1）改变几何条件，在渗流逸出部位铺设反滤层。（2）改变水力

11、条件，降低水力梯度，如打板桩。4简述影响土的渗透性的因素主要有哪些。答：（1） 土的粒度成分及矿物成分。土的颗粒大小、形状及级配，影响土中孔隙大小及其 形状，因而影响土的渗透性。土颗粒越粗，越浑圆、越均匀时，渗透性就大。砂土中含有较 多粉土及粘土颗粒时，其渗透系数就大大降低。（2）结合水膜厚度。粘性土中若土粒的结合水膜厚度较厚时，会阻塞土的孔隙，降低土的渗透性。（3） 土的结构构造。天然土层通常不是各向同性的，在渗透性方面往往也是如此。如黄土具有竖直方向的大孔隙，所以竖直方向的渗透系数要比水平方向大得多。层状粘土常夹有薄的粉砂层，它在水平方向的渗透系数要比竖直方向大得多。（4）水的粘滞度。水在

12、土中的渗流速度与水的容重及粘滞度有关，从而也影响到土的渗透性。5为什么室内渗透试验与现场测试得出的渗透系数有较大差别？答：室内试验和现场试验渗透系数有较大差别，主要在于试验装置和试验条件等有关，即就 是和渗透系数的影响因素有关，详见上一题。6为什么流线与等势线总是正交的？答：在稳定渗流场中，取一微单元体，并假定水体不可压缩，则根据水流连续原理，单位时间内流入和流出微元体的水量应相等，即dqe=dqo。从而得到：乱乱A= 0dz即为二维渗流连续方程，从中由数学知识，可知流线和等势线正交。7流砂与管涌现象有什么区别和联系？答：在向上的渗流力作用下，粒间有效应力为零时，颗粒群发生悬浮、移动的现象称为

13、流砂（土）现象。这种现象多发生在颗粒级配均匀的饱和细、粉砂和粉土层中，一般具有突发性、对工程危害大。在水流渗透作用下， 土中的细颗粒在粗颗粒形成的孔隙中移动，以至流失；随着土的孔隙不断扩大，渗流速度不断增加，较粗的颗粒也相继被水逐渐带走，最终导致土体内形成贯通的渗流管道，造成土体塌陷，这种现象称为管涌。它多发生在砂性土中，且颗粒大小差别大， 往往缺少某种粒径，其破坏有个时间发展过程，是一种渐进性质破坏。具体地再说，管涌和流砂的区别是：（1）流砂发生在水力梯度大于临界水力梯度，而管涌发生在水力梯度小于临界水力梯度情况下；（2 ）流砂发生的部位在渗流逸出处，而管涌发生的部位可在渗流逸出处，也可在土

14、体内部；（3）流砂发生在水流方向向上，而管涌没有限制。8渗透力都会引起哪些破坏？答：渗流引起的渗透破坏问题主要有两大类：一是由于渗流力的作用， 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；二是由于渗流作用，使水压力或浮力发生变化， 导致土体和结构物失稳。前者主要表现为流砂和管涌，后者主要则表现为岸坡滑动或挡土墙 等构造物整体失稳。六、计算题1如图4- 1所示，在恒定的总水头差之下水自下而上透过两个土样，从土样1顶面溢出。（1）已土样2底面c c为基准面，求该面的总水头和静水头；（2）已知水流经土样 2的水头损失为总水头差的 30%，求b b面的总水头和静水头；（3）已知土样2的渗透

15、系数为0.05cm/s，求单位时间内土样横截面单位面积的流量；(1 )以 c-c 为基准面，则有：Zc=0， hwc=90cm， hc=90cm(2) 已知hbcac，而 hac 由图 2-16 知，为 30cm，所以hbcachb=hc hbc=90 9=81cm又t zb=30cm，故 hwb=hb Zb=81 30=51cm(3) 已知 k2=0.05cm/s，q/A=k 2i2= k2hbc/L23/s/cm2=0.015cm/s(4) i1ab/L1= (hac- Llbc)儿1= (30-9) /30=0.7，而且由连续性条件，q/A=k 1h=k2i2/ k1=k2i2/i1=0

16、.015/0.7=0.021cm/s2.某渗透装置如图4 2所示。砂I的渗透系数.-；砂的渗透系数'一 -砂样断面积 A=200 "''"，试问：若在砂I与砂n分界面处安装一测压管，则测压管中水面将升至右端水面以上多高？ 砂I与砂n界面处的单位渗流量q多大？(1)(2)解：（1）设所求值为_:，砂样I和砂样n的高度分别为一和一。因各断面的渗流速度相等,故有kj=盹A60-iA引+上2x40 + 1x40（2）砂与砂界面处的单位渗流量q为：q = vA=附胖=用丰力=0.2冥寻x200 = 20cW Is-二宁，在一二一 n 渗流直径上的水头损失-|'< - ，求土的渗透系数。=6.5xl0-2cw/sAhl x752x8.3x6043定水头渗透试验中，已知渗透仪直径在 60s时间内的渗水量Q171.6x20jC 解：4图4 3为一板桩打入透土层后形成的流网。已知透水土层深二揖，渗透系数.板桩打入土层表面以下，板桩前后水深如图 4 3所示。试求：（1）图中所示a、b、c、d、e各点的孔隙水压力；（2 ）地基的单位透水量。图4 3板桩墙下的渗流图解：（1）a、e点位于水面，故叭二人褊=2x9 = 9旳如=10x1 = 90C点位于板桩底部，该点的水头损失为： k9一1AA = x4 =