高等土力学4.3_土的渗透性

1、4.3 土的渗透性 4.3.1 土中水的势能重量势g压力势 p基质势 m溶质势 0pmog重量势gg单位体积的水的重力势z为所考虑点相对于基准面的竖向距离，在基准面以上取正值；之下取负值。 wgz压力势 p静水压力势渗流压力势超静水压力势 图图418 土中水的各种压力势 在静止的地下水位以下，土中各处的孔隙水总势能是相等的, 这时孔隙水总势能为重力势g和静水压力势p 。 Apww0ghh Bp000gAB00h图图419 静止的地下水位以下各点的势基质势 m 基质势又称为广义毛细势，主要是由气水界面的收缩膜，即表面张力引起的。 图图420 土中的基质势AmwAm0gh mwAh AmwBm0g

2、hmwBh 由于水是静止的，A,B两点的总势能相等。等于静水面的势能。基质势也是一种广义的压力势（负压）。图图421 A、B两点的总势能00基质势也是一种广义的压力势（非饱和土中）图图422 张力计量测的正负压力势BpwBwBww()gBzhhAmwAwAww(A)gzhhhw(A)hw(B),水由A流向B图图422 mwwhus aa0up土水特征曲线坐标的另一种表示：体积含水率 wrr1vS eS nvemaw()suu 基质势与吸力：sr6rln(1/)1ln(1 10 /)ln( / ) nmS SSeS a土水特征曲线的拟合公式 ：图图423 土水特征曲线进气值点r残余含水率进气值点

3、：吸力超过该点，空气进入残余含水率：含水率低于它，需很大吸力进一步减少含水率溶质势 0 纯水中溶质势设为零，即0=0 溶解有离子的溶液中溶质势0伊里石蒙脱石 砂土：颗粒大小、形状和级配：kcd10dd 有效粒径状态：密度或者孔隙比e：k随e减小而减小土的结构 ：粘性土的触变性使其强度随时间而提高，渗透系数降低。下图为压实土在不同含水量下渗透系数的变化。其中k0为压实后立即测的值，k21为21天后实测的值。图图425 压实含水量与渗透系数流体性质：粘滞系数和液体（水）的容重1.渗透流体受到的压力；2.温度；3.流体内电解质的浓度等因素影响；4.水中含有封闭小气泡时，会对其渗透性产生很大影响；5.

4、在粘土中由于双电层的影响，电解质溶质的成分对其渗透性起主要作用；6.溶液中盐含量提高（或价位提高），渗透系数加大，这与粘土中结合水膜的厚度有关。达西定律的适用范围粗粒土：层流与紊流图图426 层流与紊流 粘性土：起始水力坡降：由于结合水的粘滞性，需要一定的水力坡降克服其抗剪强度屈服剪应力图图4274.3.3 非饱和土的渗透性 图图428 三种状态的非饱和土土的饱和度比较高时（8590），土的孔隙主要被水所占据。气体呈气泡状被水所包围，可随水一起流动，称为气封闭气封闭状态。这种混和的流体是可压缩的，在较高压力势下，气泡可能压缩和溶解，使孔隙水饱和度进一步提高。一般可按饱和土计算渗透与固结问题。图

5、图428当土中含水量很小时，孔隙水主要以水蒸汽和结合水状态存在，或者吸附在土颗粒局部和表面，被气体所隔离封闭，可不考虑水的流动。称为水封闭水封闭状态。图图428当气和水都连通，均可能发生流动，称为双开敞双开敞体系体系。相应饱和度对于粘土约为5090；对于砂土3080，这种情况是研究非饱和土渗透性的主要课题。一般分别考虑空气的流动和水的流动。图图428对于气封闭情况Sr0: 初始饱和度Ch: 亨利系数：0.02pa: 大气压力：100kPa例如：Sr0=80% ua=1.25pa Sr=0.91 90% 0.55pa, 0.94三轴试验中施加反压，使其达到饱和反压，使其达到饱和。0rahaaa0rr)1 (SuCppuSS 非饱和土的渗透系数不是常数，受饱和度或基质势的影响。随着饱和度减小渗透系数减小，sksa1nkkuuagks: 饱和土中水的渗透系数脱水吸水非饱和土中水的渗透系数图图429 脱水与吸水时的土水特征曲线非饱和土中水的渗透系数砂（0.5-0.25mm)体积含水率kw 10-3cm/s0.51.0砂（1.0-0.5mm)图图430 非饱和砂土中水的渗透系数w()sat()nskks：饱和时体积含水率aa aa wvk ikyvk ikyar(1)cS nc空气浓度 aaauRTaaaaauccJDD