第三章 土的渗透性及工程降水

1、上海市土力学与地基基础精品课程http:/ 土的渗透性与工程降水土的渗透性与工程降水上海市土力学与地基基础精品课程http:/ 述述非饱和土的渗透性较复杂，此不作介绍。上海市土力学与地基基础精品课程http:/ 述述（1）渗流量问题土的渗透性研究内容如基坑开挖或施工围堰时的渗水量及排水量计算，土堤坝身、坝基土中的渗水量，水井的供水量或排水量等上海市土力学与地基基础精品课程http:/ 述述（2）渗透破坏问题土的渗透性研究内容土中的渗流会对土颗粒施加作用力，即渗流力（渗透力），当渗流力过大时就会引起土颗粒或土体的移动，产生渗透变形，甚至渗透破坏。上海市土力学与地基基础精品课程http:/ 述述（

2、3）渗流控制问题土的渗透性研究内容当渗流量或渗透变形不满足设计要求时，就要研究工程措施进行渗流控制。上海市土力学与地基基础精品课程http:/ 不考虑渗流路径的迂回曲折，只分析它的主要流向； 认为孔隙和土粒所占的空间之总和均为渗流所充满； 同一过水断面，渗流模型的流量等于真实渗流的流量； 任一界面上，渗流模型的压力与真实渗流的压力相等； 相同体积内，渗流模型所受阻力与真实渗流相等。上海市土力学与地基基础精品课程http:/ 位置水头z的大小与基准面的选取有关，因此水头的大小随着选取的基准面的不同而不同。 上海市土力学与地基基础精品课程http:/ ，那么在单位流程中水头损失的多少就可以表征水在

3、土中渗流的推动力的大小，可以用水力坡降（也称水力梯度）来表示，即hiL2.水头、水力梯度水头、水力梯度（3-5）上海市土力学与地基基础精品课程http:/ 地下水运动的两种形式上海市土力学与地基基础精品课程http:/ ，试验筒右端底部留一个排水口排水。上海市土力学与地基基础精品课程http:/ 309cmhh则：b-b面总水头bcbc90981cmhhh而zb=30cm，故wbbb81 3051cmhhz上海市土力学与地基基础精品课程http:/ ，试求：（1）单位时间内土样横截面单位面积的流量；（2）土样1的渗透系数。【解】：已知k2=0.05cm/s，在例3-1中已求得hbc=9cm，（

4、1）单位时间内土样横截面单位面积的流量即渗流速度为：322 22bc2/0.05 9/300.015cm /s / cm0.015cm /svq Ak ikhL上海市土力学与地基基础精品课程http:/ /300.7ihLhhL （）（）且由连续性条件：1 12 2/q Ak ik i则土样1的渗透系数为：12 21i /i0.015/ 0.70.021cm /skk上海市土力学与地基基础精品课程http:/ 10时，渗流服从达西定律，而层流的界限Re一般要大于100。达西定律适用范围达西定律适用范围上海市土力学与地基基础精品课程http:/ i0，即存在一个达西定律有效范围的下限值。此时，达

5、西定律可写成达西定律适用范围达西定律适用范围0()vk ii0()vk ii（3-8）黏性土上海市土力学与地基基础精品课程http:/ ii上海市土力学与地基基础精品课程http:/ 的仪器种类和试验方法很多，但从试验原理上大体可分为常水头法常水头法和变水头法变水头法两种。k上海市土力学与地基基础精品课程http:/ VLkA ht（3-10）（3-11）上海市土力学与地基基础精品课程http:/ h1，经过时间t后，再测记终了水头差 h2 ，通过建立瞬时达西定律，即可推出渗透系数k的表达式。上海市土力学与地基基础精品课程http:/ h1，经过dt时段后，管中水位下降dh，则dt时间内流入试

6、样的水量为edVadh （3-12）式中a为玻璃管断面积；右端的负号表示水量随h的减少而增加。上海市土力学与地基基础精品课程http:/ 时间内流出试样的渗流量为：（3-13）式中，A试样断面积；L试样长度。0hdVkiAdtkAdtL根据水流连续原理，应有 ，即0edVdVhadhkAdtL（3-14）aL dhdtkAh （3-15）上海市土力学与地基基础精品课程http:/ 12lnha Ltk Ah12lnhaLkAth122.3lghaLkAth（3-19）上海市土力学与地基基础精品课程http:/ 25s观察的水位差为100cm，试求试样的渗透系数。【解】【解】2512123.14

7、 0.24145lnln1.4 10 cm /s3076025100haLkA tth上海市土力学与地基基础精品课程http:/ 上海市土力学与地基基础精品课程http:/ 值测定时，常用现场井孔抽水试验或注水试验的方法。对于均质的粗粒土层，用现场抽水试验测出的k值往往会比室内试验更为可靠。下面主要介绍用抽水试验确定k值的方法。k上海市土力学与地基基础精品课程http:/ kdr2drQkhdhr（3-23）上海市土力学与地基基础精品课程http:/ hhr212221ln(/)()rrQkhh212221lg(/)2.3()rrQkhh上海市土力学与地基基础精品课程http:/ 。流网法-通

8、过绘制流线与势线的网络状曲线簇来求解渗流问题。上海市土力学与地基基础精品课程http:/ 。上海市土力学与地基基础精品课程http:/ xqk i dzdyzz zqk i dxdy()xxxxxqdqk idi dzdy()zzzzzqdqk idi dxdy上海市土力学与地基基础精品课程http:/ di dzk di dx22220hhxz上海市土力学与地基基础精品课程http:/ （3-35）根据式（3-35）所计算出的水头损失和已确定的基准面，就可以计算出渗流场中任意一点的水头。上海市土力学与地基基础精品课程http:/ Akibkbkaa N 上海市土力学与地基基础精品课程http

9、:/ hkN 1MmMqqMk hk HN （3-39）总渗透流量为QqL（3-40）L上海市土力学与地基基础精品课程http:/ 各个网格的长宽比各个网格的长宽比l/s=c应为常数。取应为常数。取c=1，即为曲即为曲边正方形边正方形3. 在边界上满足流场边界条件要求，保证解的唯一性。在边界上满足流场边界条件要求，保证解的唯一性。上海市土力学与地基基础精品课程http:/ 和（3）土柱内土粒对水流的阻力，其大小应与渗流力相等，方向相反。设单位土体内的渗流力和土粒对水流阻力分别为J和T，则土粒对水流总阻力 ，方向竖直向下，而单位土体内的渗流力J=T，方向竖直向上。wTTLA 上海市土力学与地基基

10、础精品课程http:/ 相同。渗透力的大小和水力梯度成正比，其方向与渗透方向一致。1wwwwwwAhGTh A1()wwwwhhLhTiLL（3-41）（3-42）得到wJTi（3-43）w上海市土力学与地基基础精品课程http:/ ，显然，渗流力 等于土的浮重度 时，土处于产生流砂的临界状态，因此临界水力梯度 为3.4.2流砂或流土现象criwicrisG1(1)(1)=1crswiGne（3-44）上海市土力学与地基基础精品课程http:/ 50.510hiL渗透力的大小为：310 0.55kN/ mwwhjiL上海市土力学与地基基础精品课程http:/ 1108.7kN/ m11 0.9

11、ssatwwGe8.70.8710crwi因为crii所以不会发生流砂现象。上海市土力学与地基基础精品课程http:/ 上海市土力学与地基基础精品课程http:/ 粒群同时发生移动的现象 流土发生于地基或土坝下游渗流出逸处，不发生于土体内部。开挖基坑或渠道时常遇到的流砂现象，属于流土破坏。细砂、粉砂、淤泥等较易发生流土破坏 上海市土力学与地基基础精品课程http:/ 土体在渗透水流作用下，细小颗粒被带出，孔隙逐渐增大，形成能穿越地基的细管状渗流通道，掏空地基或坝体，使其变形或失稳。管涌既可以发生在土体内部，也可以发生在渗流出口处，发展一般有个时间过程，是一种渐进性的破坏 流土与管涌的区别与判断

12、上海市土力学与地基基础精品课程http:/ 对对Cu10的砂和砾石、卵石，分两种情况的砂和砾石、卵石，分两种情况: :1.1.当孔隙中细粒含量较少（小于当孔隙中细粒含量较少（小于30%）时，由于阻力较小，）时，由于阻力较小，只要较小的水力坡降，就易发生管涌只要较小的水力坡降，就易发生管涌2.2.如孔隙中细粒含量较多，以至塞满全部孔隙（此时细料含如孔隙中细粒含量较多，以至塞满全部孔隙（此时细料含量约为量约为30%35%），此时的阻力最大，一般不出现管涌而会），此时的阻力最大，一般不出现管涌而会发生流土现象发生流土现象流土与管涌的区别与判断流土土体局部范围的颗粒同时发生移动管涌只发生在水流渗出的表层只要渗透力足够大，可发生在任何土中破坏过程短导致下游坡面产生局部滑动等现象位置土类历时后果土体