土的渗透性与渗流

1、会计学1土的渗透性与渗流土的渗透性与渗流2342.1 概述概述5北江大堤北江大堤堤后承压水堤后承压水2.1 概述概述62.1 概述概述7管涌现象及处理管涌现象及处理2.1 概述概述8潮州西溪电厂基坑潮州西溪电厂基坑局部涌水冒砂局部涌水冒砂（开挖到（开挖到7m深）深）开挖开挖18m深，承压水头深，承压水头21m。用减压井降压。用减压井降压减压井减压井2.1 概述概述9治理前治理前疏导排水治理后疏导排水治理后堤脚因流土引起塌陷堤脚因流土引起塌陷2.1 概述概述10某水闸消力池斜坡段被某水闸消力池斜坡段被扬压力扬压力(渗流压力渗流压力)和和水跃水跃联合作用掀翻联合作用掀翻2.1 概述概述112.1

2、概述概述12建筑物完工后，地面持续沉降（珠海三灶）建筑物完工后，地面持续沉降（珠海三灶）排水固结加速沉降过程排水固结加速沉降过程沉降速度与排水条件相关沉降速度与排水条件相关2.1 概述概述13试样试样试样试样压力室压力室压力水压力水排水管排水管阀门阀门轴向轴向加压杆加压杆有机玻璃罩有机玻璃罩橡皮膜橡皮膜透水石透水石顶帽顶帽不同排水条件下三轴试验结果不同不同排水条件下三轴试验结果不同 2.1 概述概述1415nz为为位置水头，是相对位置水头，是相对于于基准面基准面的高差。的高差。np为压力，也有用为压力，也有用un基准面可以任意选定基准面可以任意选定2/2whzpvg/0whzpv基准面基准面基

3、准面基准面基准面基准面2.2 土的渗透性土的渗透性n总水头总水头n测压管水头测压管水头16室内试验常用下游水位作为基准面室内试验常用下游水位作为基准面实际工程通常用高程实际工程通常用高程0点点172.2 土的渗透性土的渗透性n水力坡降（水力梯度）水力坡降（水力梯度）n水力坡降是矢量水力坡降是矢量(下降为正下降为正)n水不是向水不是向位置低位置低处流，也不是向处流，也不是向压力低压力低处流，处流，是向是向水头低水头低处流！处流！(/)(/)ABAAwBBwhhhzpzp ih L ( )(,)igrad hhxhyhz 水头差、水力坡降水头差、水力坡降2.2.1 土的渗透定律土的渗透定律达西定律

4、达西定律图中两条水管在实际工程中是不存在的，最好不图中两条水管在实际工程中是不存在的，最好不要要依赖依赖这种表述方法！这种表述方法！我们教材中的图有点问题我们教材中的图有点问题pAhA18如果以如果以A点为基准面，结果怎样？点为基准面，结果怎样？陈仲颐书中的例题陈仲颐书中的例题2.2 土的渗透性土的渗透性2.2.1 土的渗透定律土的渗透定律达西定律达西定律-5-20-32.5-4000-20-40如果是两种土层，其渗透性差别很大，如果是两种土层，其渗透性差别很大，也可忽略也可忽略透水性强的土层透水性强的土层内水头损失内水头损失粗砂粗砂19HQAL2.2 土的渗透性土的渗透性2.2.1 土的渗透

5、定律土的渗透定律达西定律达西定律20QvkiA2.2 土的渗透性土的渗透性2.2.1 土的渗透定律土的渗透定律达西定律达西定律vki教材中212.2 土的渗透性土的渗透性2.2.1 土的渗透定律土的渗透定律达西定律达西定律22土类土类孔隙率孔隙率n有效孔隙率有效孔隙率ne渗透系数渗透系数k(cm/s)砂质砾砂质砾砾质砂砾质砂中砂中砂粉砂粉砂砂壤土砂壤土粘壤土粘壤土粉质粘土粉质粘土0.250.350.280.350.300.380.330.400.350.450.400.550.450.650.200.250.150.200.100.150.080.120.050.100.030.080.020

6、.053x10-15x10-21x10-12x10-24x10-21x10-22x10-21x10-35x10-31x10-45x10-41x10-610-6a10-n cm/s 称为称为-n次方次方称为称为-2次方次方23vk i2iavbv(1)mvkim2.2 土的渗透性土的渗透性2.2.1 土的渗透定律土的渗透定律达西定律达西定律241()vk ii2.2 土的渗透性土的渗透性2.2.1 土的渗透定律土的渗透定律达西定律达西定律252.2 土的渗透性土的渗透性262.2 土的渗透性土的渗透性2.2.2 渗透试验渗透试验27lvki2.2 土的渗透性土的渗透性2.2.2.1 室内试验方法

7、室内试验方法AqlkAhqhqhkAl由达西定律由达西定律希望能由图直接推导而不希望强记希望能由图直接推导而不希望强记靠溢水控制稳定水头靠溢水控制稳定水头用量筒记录渗水量用量筒记录渗水量2.2.2 渗透试验渗透试验28001111ln2.3lghhalalkAthAth2.2 土的渗透性土的渗透性2.2.2.1 室内试验方法室内试验方法2.2.2 渗透试验渗透试验基准面基准面液面液面下降下降A液液面面下下降降基准面必须是出水基准面必须是出水口高程！口高程！29dhhaAkdtl1100hthdhAkadthl011lnhalkAth2.2 土的渗透性土的渗透性2.2.2.1 室内试验方法室内试

8、验方法2.2.2 渗透试验渗透试验hdhA玻璃管玻璃管面积面积a t1期间，水面由期间，水面由h0变为变为h1任一时间任一时间t，水面高度为水面高度为hvkiqvAhildh aqdt0112.3lghalkAth按达西定律：按达西定律：换底公式换底公式或或整理整理最后得最后得30qlkAh011lnhalkAth2.2 土的渗透性土的渗透性2.2.2.1 室内试验方法室内试验方法2.2.2 渗透试验渗透试验vk iq Ak h l011hhladhkAhtq Ak h ladhAk h ldtal dhkdtAh实测流量实测流量q计算瞬计算瞬时流量时流量q312.2 土的渗透性土的渗透性2.

9、2.2.2 现场试验方法现场试验方法2.2.2 渗透试验渗透试验32抽水试验抽水试验2.2 土的渗透性土的渗透性2.2.2 渗透试验渗透试验2.2.2.2 现场试验方法现场试验方法332Arhidh dr2dhqrh kdr出水出水q为正，基准面在底面为正，基准面在底面qAki2.2 土的渗透性土的渗透性2.2.2 渗透试验渗透试验2.2.2.2 现场试验方法现场试验方法342dhqrh kdr22112rhrhdrqkhdhr222211ln()rqk hhr212221ln()r rqkhh2.2 土的渗透性土的渗透性2.2.2 渗透试验渗透试验2.2.2.2 现场试验方法现场试验方法21

10、2221lg()2.3r rqkhh或或35承压井承压井潜水井潜水井2.2 土的渗透性土的渗透性2.2.2 渗透试验渗透试验2.2.2.2 现场试验方法现场试验方法36潜水井潜水井承压井承压井1221hhM2qrdhdhkr22112rhrhdrqkhdhr222211ln()rqk hhr212221ln()r rqkhh2qrdMdhkr22112rhrhdrqkMdhr2211ln2()rqkM hhr2121ln()2r rqkMhh2.2 土的渗透性土的渗透性2.2.2 渗透试验渗透试验2.2.2.2 现场试验方法现场试验方法2221212112()()2hhhhhh372.2 土的

11、渗透性土的渗透性2.2.2 渗透试验渗透试验382.2 土的渗透性土的渗透性土类土类孔隙率孔隙率n有效孔隙率有效孔隙率ne渗透系数渗透系数k(cm/s)砂质砾砂质砾砾质砂砾质砂中砂中砂粉砂粉砂砂壤土砂壤土粘壤土粘壤土粉质粘土粉质粘土0.250.350.280.350.300.380.330.400.350.450.400.550.450.650.200.250.150.200.100.150.080.120.050.100.030.080.020.053x10-15x10-21x10-12x10-24x10-21x10-22x10-21x10-35x10-31x10-45x10-41x10-6

12、10-6（主要对粗粒土（主要对粗粒土）（仅就同种粗粒土间比较（仅就同种粗粒土间比较）（主要对含较多粘粒的土（主要对含较多粘粒的土）标准：标准：20CC392.2 土的渗透性土的渗透性40 图 3 北江大堤石角段（5+83311+227）地质纵剖面 Fig.3 The geologic longitudinal section of Shijiao (5+83311+227) segment of Beijiang River Levee 龟岗 蚬壳岗 下灵洲 基口塘 莲藕塘 石角镇 细砂 卵砾石层 含砾中砂 粗砂 淤质细砂 灰岩 砂岩 砂岩 2.2 土的渗透性土的渗透性2.2.4 层状地基的等

13、效渗透系数层状地基的等效渗透系数多层土多层土4112xnqqqq2.2 土的渗透性土的渗透性2.2.4 层状地基的等效渗透系数层状地基的等效渗透系数xqnq3q2q1qoacbhHH 1nxjjqq42等效渗透系数为各层渗透等效渗透系数为各层渗透系数的系数的加权平均值加权平均值jjjqk ih1nxjjjk ihk ih11nxjjjkk hh2.2 土的渗透性土的渗透性2.2.4 层状地基的等效渗透系数层状地基的等效渗透系数nq3q2q1qoacbh HH xqxxqhik按达西定律，第按达西定律，第j层有层有1nxjjqq代入代入4312/znzvvvvqA11nnjjzjjjhhhvk

14、jjjjjjjjhv hvkhhk2.2 土的渗透性土的渗透性2.2.4 层状地基的等效渗透系数层状地基的等效渗透系数zqzv441njzjjhhvk zzhvkh1njjzjhhkk1znjjjhkhk或或将将带入带入得得2.2 土的渗透性土的渗透性2.2.4 层状地基的等效渗透系数层状地基的等效渗透系数zqzv4511nxjjjkk hh1njzjjhkhk2.2 土的渗透性土的渗透性2.2.4 层状地基的等效渗透系数层状地基的等效渗透系数4647l土体单元边长分别土体单元边长分别dx、dy和和dz，l渗流流速分量分别是渗流流速分量分别是 vx和和vyl流速变化率分别为流速变化率分别为 和

15、和 xvxzvz2.3 二维渗流与流网二维渗流与流网xxzzhvkikxhvkikz zzvvdzzxxvvdxx48/xzv dydzv dxdyvQ Adxdydzxvvdydzdxxvvzzxx)()(xzvvdVdxdydzxzdtdVdt2.3 二维渗流与流网二维渗流与流网2.3.1 势流方程势流方程v490zvxvzxl上式称为二维上式称为二维稳定渗流稳定渗流连续方程。连续方程。xzvvdVdxdydzxzdt2.3 二维渗流与流网二维渗流与流网2.3.1 势流方程势流方程2.3.1.1 连续方程连续方程5022220hhxzl将达西定律代入非稳定渗流连续方程，并引入将达西定律代入

16、非稳定渗流连续方程，并引入贮水率贮水率s（当水头降低一个单位时，土释放出当水头降低一个单位时，土释放出的水量）得：的水量）得：2222shhhktxzl在一维竖向固结条件下在一维竖向固结条件下vsCk0zvxvzxxzvvdVdxdydzxzdt2.3 二维渗流与流网二维渗流与流网2.3.1 势流方程势流方程2.3.1.1 连续方程连续方程xxzzhvkikxhvkikz 5122220hhxz2.3 二维渗流与流网二维渗流与流网522.3 二维渗流与流网二维渗流与流网53等势线等势线 等压线等压线 h=z+p/浸润线浸润线 流线流线+等压线等压线出溢区出溢区 等压线等压线2.3 二维渗流与流

17、网二维渗流与流网542.3 二维渗流与流网二维渗流与流网55/fqq N /dhh N 56/fqq N /dhh N 57585960l任一等势线任一等势线(nd)上各点的总水头均为上各点的总水头均为ndh。单位时间内流过板桩墙下单位长度的水量为单位时间内流过板桩墙下单位长度的水量为： 61l该点在基准面以下的距离为该点在基准面以下的距离为zp，故该点的位头为故该点的位头为-zp。该该点的孔隙水压力为：点的孔隙水压力为： l跨越流网网格的水力梯度与网格的尺寸大小有关。跨越流网网格的水力梯度与网格的尺寸大小有关。在最小的网格中的水力梯度最大在最小的网格中的水力梯度最大(从而使渗透速度最从而使渗

18、透速度最大大)，反之亦然。，反之亦然。 h=z+p/62h=z+p/6364091. 05 . 05 . 525. 0Aiqk6566676869iAlhAAlJjww707172 n水流向上渗流时，渗流力的作用使土体重力减小水流向上渗流时，渗流力的作用使土体重力减小，当渗流力，当渗流力j等于土体的单位有效重力等于土体的单位有效重力时，土时，土体处于流土的临界状态。体处于流土的临界状态。n如果水力梯度继续增大，土中的渗流力将大于土如果水力梯度继续增大，土中的渗流力将大于土的有效重度，此时土体将被冲出而发生流土。发的有效重度，此时土体将被冲出而发生流土。发生流土的条件为：生流土的条件为：73一般土类，一般土类，icr在在0.8至至1.2之间，粗估时可近似取之间，粗估时可近似取1粘性土，渗流力的作用往往使渗流逸出处某一范围粘性土，渗流力的作用往往使渗流逸出处某一范围内的土体出现表面隆起变形；内的土体出现表面隆起变形；粉砂、细砂及粉土等粘聚性差的土，当水力梯度大粉砂、细砂及粉土等粘聚性差的土，当水力梯度大于临界值于临界值icr时，常常出现砂土随水流向外涌出的砂时，常常出现砂土随水流向外涌出的砂沸现象，工程上将这种流土现象称为