土中水的运动规律

1、 粘土颗粒带电特性粘土颗粒带电特性粘性土的胶体化学性质粘性土的胶体化学性质土粒间的相互作用力和粘土粒间的相互作用力和粘土矿物的物化性质土矿物的物化性质土粒原子分子间的健力土粒原子分子间的健力矿物的结晶结构矿物的结晶结构复复 习习粘性土工程性质粘性土工程性质的利用和改良的利用和改良第一章第一章土的物理性质和工程分类土的物理性质和工程分类第二章第二章粘性土的物理化学性质粘性土的物理化学性质第三章第三章土中水的运动规律土中水的运动规律第四章第四章土中应力计算土中应力计算第五章第五章土的压缩性和地基沉降计算土的压缩性和地基沉降计算第六章第六章土的抗剪强度土的抗剪强度第七章第七章土压力计算土压力计算第八

2、章第八章土坡稳定分析土坡稳定分析第九章第九章地基承载力地基承载力第十章第十章土的动力性质和压实性土的动力性质和压实性第十一章第十一章土工试验与原位测试结果土工试验与原位测试结果的分析与利用的分析与利用 第三章第三章 土中水的运动规律土中水的运动规律u1. 土的毛细性土的毛细性 土的毛细现象：土的毛细现象：是指土中水在表面张力作用下，沿着细是指土中水在表面张力作用下，沿着细的孔隙向上及向其它方向移动的现象。的孔隙向上及向其它方向移动的现象。指土能够产生毛细现象的性质。指土能够产生毛细现象的性质。土层中的毛细水带土层中的毛细水带土中毛细现象土中毛细现象rShccos2 上升高度上升高度:r2hcw

3、=2rScos毛细水毛细水分布在土粒内部相互贯通分布在土粒内部相互贯通的孔隙可以看成许多形状的孔隙可以看成许多形状不一、直径互异、彼此连不一、直径互异、彼此连通的毛细管通的毛细管粘土粘土粉土粉土砂土砂土砾石砾石分析对象分析对象: 水柱水柱 Hazen 经验公式：经验公式： 上升最大高度：上升最大高度：100edCh C,e, d10：分别为与土粒形状及表面洁净度有关的系：分别为与土粒形状及表面洁净度有关的系数（数（ C=11010-5-55 51010-5-5 ）、土的孔隙比、土的）、土的孔隙比、土的有效粒径（有效粒径（m)。r空气空气 水水 固体颗粒固体颗粒弯液面弯液面透水层透水层不透水层不

4、透水层土石坝坝基坝身渗流土石坝坝基坝身渗流防渗体防渗体坝体坝体浸润线浸润线渗流问题：渗流问题：1. 渗流量？渗流量？2. 渗透破坏？渗透破坏？3. 渗透力？渗透力？板桩围护下的基坑渗流板桩围护下的基坑渗流渗流问题：渗流问题：1. 渗流量？渗流量？2. 渗透破坏？渗透破坏？3. 渗水压力？渗水压力？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问题：渗流问题： 渗流量渗流量Q？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渗流问题：渗流问题：1. 渗流量？渗流量？2. 水位水位渠道、河流渗流渠道、河流渗流原地下水位原地下水位渗流时地下水位渗流时地下水

5、位降雨入渗引起的滑坡降雨入渗引起的滑坡渗流问题：渗流问题：1. 渗透力？渗透力？2. 入渗过程？入渗过程？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o 简化：简化： （1 1）不考虑渗流路径的迂回曲）不考虑渗流路径的迂回曲折，只分析其主要流向；折，只分析其主要流向； （2 2）不考虑土体中颗粒的影响，）不考虑土体中颗粒的影响，认为孔隙和土粒所占的空间认为孔隙和土粒所占的空间之总和均为渗流所充满。之总和均为

6、渗流所充满。水在土孔隙中的运动轨迹水在土孔隙中的运动轨迹理想化的渗流模型理想化的渗流模型o 要求：要求： （1 1）同一过水断面，流量相等；）同一过水断面，流量相等； （2 2）任一界面，压力相等；）任一界面，压力相等； （3 3）相同体积内，阻力相等；）相同体积内，阻力相等；A1vsAvnvA注意：注意：v：假想渗流速度，土体试样全断面假想渗流速度，土体试样全断面A A的平均渗流速度的平均渗流速度vs：实际平均渗流速度，孔隙断面实际平均渗流速度，孔隙断面A AV V的平均渗流速度的平均渗流速度A AvqvA vsAvzA00ABu0pawAu zBwBu 基准面基准面静水静水wumg 00基

7、准面基准面质量质量 m压力压力 u流速流速 vzwu 2mv212wmv21umgmgzE 2gvuzh2w 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：水体的动能（对渗流V很小，忽略，很小，忽略，V0）n 渗流的总水头：渗流的总水头：也称也称测管水头测管水头，是渗流的，是渗流的总驱动能

8、，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wBBBuzhwAu wBu wAAAuzhBAhhhLhi LAh1h2透水石LhAqikAq ikAqvivovcrivoi0(1)mvkim)(1mkivmv=k (i - i0 )工程实例工程实例渗流问题渗流问题土的渗透性土的渗透性及渗透规律及渗透规律ZH3土中水的运动规律土中水的运动规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HFtQlk 方法方法1 1常水头试验法常水头试验法试验装置：试验装置：如图如图量测变量量测变量: : t，Qi=H/LQ=qt=vF

9、tv=ki试验条件试验条件: H，F，L=常数常数 dQadhhdQqdtkIFdtkFdtl 21lnhhFtalk 12lnhaLkFthQLkF ht2dhqAkirh kdr2drqkhdhr222211ln()rqk hhr212221ln(/ )rrqkhhhH1H2H3Hk1k2k3xzq1xq3xq2x1122不透水层不透水层 iixHkH1kkxn 已知条件已知条件: :LhiiiixxqqiHHn 达西定律达西定律: :n 等效条件等效条件: : iizkHHkH1H2H3Hhk1k2k3xzv承压水承压水kzqqiihhiHHiiiikHvh zkvHh iiiizkHv

10、hhkvHn 已知条件已知条件: :n 达西定律达西定律: :n 等效条件等效条件: :vvin 算例说明算例说明 daym100km01Hdaym1km01Hdaym010km01H332211/,./,./.,.按层厚加权平均，结果由较大值控制按层厚加权平均，结果由较大值控制层厚倒数加权平均，结果由较小值控制层厚倒数加权平均，结果由较小值控制daym6733HHkkiix/.daym030kHHkiiz/.H1H2H3Hk1k2k3xzkf()土粒性质、水的性质 粒径大小及级配：粒径大小及级配：是土中孔隙直径大小的主要影响因素；因是土中孔隙直径大小的主要影响因素；因由粗颗粒形成的大孔隙可被

11、细颗粒充填，故土体孔隙的大小由粗颗粒形成的大孔隙可被细颗粒充填，故土体孔隙的大小一般由细颗粒所控制。一般由细颗粒所控制。1.土的性质的影响土的性质的影响孔隙比：孔隙比：是单位土体中孔隙体积的直接度量；对于砂性土是单位土体中孔隙体积的直接度量；对于砂性土，渗透系数，渗透系数k一般随孔隙比一般随孔隙比e增大而增大。增大而增大。矿物成分：矿物成分：对粘性土，影响颗粒的表面力；不同粘土矿物之对粘性土，影响颗粒的表面力；不同粘土矿物之间渗透系数相差极大，其渗透性大小的次序为高岭石间渗透系数相差极大，其渗透性大小的次序为高岭石伊利伊利石石蒙脱石；塑性指数蒙脱石；塑性指数Ip综合反映土的颗粒大小和矿物成份综

12、合反映土的颗粒大小和矿物成份，常是渗透系数的参数。，常是渗透系数的参数。结构：结构：影响孔隙的构成和方向性，对粘性土影响更大；在宏影响孔隙的构成和方向性，对粘性土影响更大；在宏观构造上，天然沉积层状粘性土层，常使得观构造上，天然沉积层状粘性土层，常使得 k水平水平 k垂直垂直；在；在微观结构上，当孔隙比相同时，凝聚结构将比分散结构具有微观结构上，当孔隙比相同时，凝聚结构将比分散结构具有更大的透水性。更大的透水性。饱和度饱和度 s sr r(%)(%)渗透系数渗透系数k(10k(10-3-3cm/s)cm/s)8 87 76 65 54 43 32 280 90 10080 90 100饱和度的

13、影响饱和度的影响水粘滞性的影响水粘滞性的影响温度高温度高粘滞性低粘滞性低渗透系数大渗透系数大封闭气泡对封闭气泡对k影响很大，影响很大，可减少有效渗透面积，可减少有效渗透面积，还可以堵塞孔隙的通还可以堵塞孔隙的通道道2.水的性质的影响水的性质的影响ITGwD基本类型基本类型 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 crII11scrGIewsatwDIG crIIIKF 渗透力能够渗透力能够带动细颗粒在孔带动细颗粒在孔隙间滚动或移动。隙间滚动或移动。可用管涌临界水可用管涌临界水力坡降力坡降表示

14、表示 criiiK 第一节第一节 土的毛细性土的毛细性 第二节第二节 土的渗透性土的渗透性 第三节流网及其应用第三节流网及其应用第四节第四节 土在冻结过程中土在冻结过程中 水分的迁移和积聚水分的迁移和积聚ZH3土中水的运动规律土中水的运动规律 平面渗流的平面渗流的基本方程及基本方程及求解求解 流网的绘制流网的绘制及应用及应用n冻土现象及工程危害冻土现象及工程危害n 冻胀的机理与影响因素冻胀的机理与影响因素n冻结深度冻结深度冷能冷能冷能地下水毛细水地下水冷能u 1.冻土现象冻土现象 冻土分为：季节性冻土、隔年冻土和多年冻土。冻土分为：季节性冻土、隔年冻土和多年冻土。 冻土现象：与冻土的冻结与融化

15、过程中有关的土体的物冻土现象：与冻土的冻结与融化过程中有关的土体的物理化学性质或工程力学性质变化的现象称为冻土现象。理化学性质或工程力学性质变化的现象称为冻土现象。 冻胀现象：某些土体在冻结时体积膨胀。冻胀现象：某些土体在冻结时体积膨胀。u 2. 工程危害工程危害 （1）冻胀作用）冻胀作用 如道路、隧道如道路、隧道 （2）冻融）冻融 道路翻浆、基础沉降、结构损伤道路翻浆、基础沉降、结构损伤u 1.冻胀的原因冻胀的原因 水的相变而体积增大水的相变而体积增大和和水分向冻结土体表层水分向冻结土体表层冻结临界带迁移而持续发生的冻胀作用冻结临界带迁移而持续发生的冻胀作用。u 2.影响冻胀的因素影响冻胀的因素 土土 土体的结构与物质组成土体的结构与物质组成 水水 地下水位与冻结深度的相对位置及补给情况地下水位与冻结深度的相对位置及补给情况 温度温度 温度及降温梯度温度及降温梯度n 1.地区地区标准冻结深度标准冻结深度及其确定方法及其确定方法 n 2.规范法规范法 n 3.气象资料法（连续气象资料法（连续