西南交大土力学课件

12.1概述2.2达西定律2.3渗透系数2.4流沙、管涌第二章土的渗透性及水的渗流2.5在静水和有渗流情况下的孔隙水应力和有效应力2土中水结合水自由水强结合水弱结合自由水重力水毛细水自由水地下水位以下，土颗粒电分子引力范围以外，仅在本身重力作用下运动的水2.1概述3

地下水按埋藏条件分为：潜水：埋藏在地表以下第一个稳定隔水层以上的具有自由水面的地下水。上层滞水：埋藏在地表浅处，局部隔水透镜体上部，且具有自由水面的地下水。承压水：是指充满于两个稳定隔水层之间的含水层中的地下水。2.1概述4不饱和土上层滞水潜水承压水毛细水（地下水位以上)地下水位(潜水）饱和土2.1概述5渗透——由于土体本身具有连续的孔隙，如果存在水位差的作用，水就会透过土体孔隙而发生孔隙内的流动。渗透性——土具有被水透过的性能称为土的渗透性。2.1概述62.2达西定律一、伯努里定理（能量守恒原理）（位置水头）（压力水头）（总水头）位置水头z：从基准面到计算点的高度。压力水头：测压管中水位高。总水头h：从基准面到测压管上部水位高。水头损失

=h1-h2u

—静水压力72.2达西定律二、达西定律—流速v与水力梯度i成正比v=ki式中：i—水头梯度：单位流程的水头损失。k—渗透系数，cm/s，表示水通过的难易程度，可由试验确定。v—水在土中的渗透速度，cm/s，是在单位时间内通过单位土截面(cm2)的水量Q（cm3),即v

=Q/(At)82.3渗透系数确定渗透系数K

的方法室内渗透试验变水头渗透试验常水头渗透试验现场抽水试验经验值：各种土的渗透系数参考值92.3渗透系数一、常水头渗透试验常水头渗透试验所以式中：q—单位时间的透水量,cm3/s

Q—透水量,cm3

t—透水时间,sv—渗流速度,cm/s

A—透水断面积,cm2h—水位差，cml—渗流路线长,cmk—渗透系数,cm/si—水力坡度102.3渗透系数二、变水头渗透试验变水头渗透试验所以土试料的透水量=测压管中水下降的体积11地下水位≈测压管水面井抽水量Qr1Rr2dhdrh1hh2不透水层观察井2.3渗透系数三、现场抽水试验所以现场抽水试验122.3渗透系数

某水平堆积而成的成层土的层厚自上而下分别为H1、H2、…、Hn，垂直透水系数分别是kz1、kz2、…、

kzn，水平透水系数分别是kx1、kx2、…、kxn，如果上下面的总水头差是Δh试根据图（a）试根据图（b）求垂直透水时总垂直透水系数kz提示：求水平透水时总水平透水系数kx提示：HH1HiHnKz1KziKznqz1qziqzn(a)HH1HiHnKx1KxiKxnqx1qxiqxn(b)例题132.3渗透系数HH1HiHnKz1KziKznqz1qziqzn(a)1、求垂直透水时总垂直透水系数kz解：

因为流过各层的垂直流量相等，则通过单位面积的垂直流量为：对于整个透水层，根据达西定律所以142.3渗透系数HH1HiHnKx1KxiKxnqx1qxiqxn(b)解：2、求水平透水时总水平透水系数kx因为各层的水力坡度相等设单位厚度的水平流量为qx，则由达西定律因为所以152.4流沙、管涌一、渗透力基准面测压管断面积a位置水头z1位置水头z2压力水头h2压力水头h1渗透力j：渗流水对土骨架的作用力LAB1.A、B两端的静水力：总水头H1总水头H2分析水柱受力2.水柱自重：3.土骨架对渗流水的总阻力：TLaTLa沿水柱方向列平衡方程16基准面测压管断面积a位置水头z1位置水头z2压力水头h2压力水头h1LAB总水头H1TLa2.4流沙、管涌一、渗透力所以渗透力j

为方程两边同除以a，并以h1=H1

－z1h2=H2

－z2代入上式得：因为17j的性质：

1为体积力；

2大小与i成正比；

3作用方向与渗流方向一致。2.4流沙、管涌一、渗透力18粘性土k1<<k2砂性土k2坝体流砂在向上的渗透作用下，表层局部土体颗粒同时发生悬浮移动的现象渗流2.4流沙、管涌二、流砂、管涌192.4流沙、管涌二、流砂、管涌1、流砂：基坑开挖工程采用坑内抽水时，当时，砂土随水流动的现象。2、流砂的危害：3、流砂产生的条件4、流砂的防治工程；相临建筑（1）土质：细砂、粉砂、粉土（2）水流方向（3）渗透力大于等于有效重度（1）减小渗透力j，即减小水力坡度i，（2）加大有效重度——换土、反压。减小水位差—降低地下水位；增长渗流路线长（3）改变水流方向，增加渗流途径。202.4流沙、管涌临界水力坡度icr——当向上作用的渗透力j等于土的有效重度（浮重度）r’时，土粒间失去压力，呈悬浮状态二、流砂、管涌212.4流沙、管涌在渗流水的作用下，土中细小颗粒穿过粗颗粒间的孔隙被渗流带走，在土中形成贯通的渗流管道。二、流砂、管涌管涌22

2002.8.22湘江大堤望城靖港镇东湖责任段出现散浸，并有个别散浸点转化为管涌，经抢险队伍用砂卵石将散浸口和管涌口压住，其他管涌和也被砂卵石填压。大堤从凌晨1时出现的险情到下午5点得到了完全控制。2.4流沙、管涌最大的管涌处最大的管涌处2-5在静水和有渗流情况下的孔隙水应力和有效应力一、饱和土体中的孔隙水应力和有效应力把饱和土体中由孔隙水来承担或传递的应力定义为孔隙水应力，常以u表示。把通过粒间的接触面传递的应力称为有效应力σ’。只有有效应力才能使土体产生压缩（或固结）和强度。2-5在静水和有渗流情况下的孔隙水应力和有效应力太沙基有效应力原理：

总应力把通过粒间的接触面传递的应力称为有效应力σ’。定义：图3－22（a）为浸没在水下的饱和土体，设土面至水面的距离为h1,土的饱和容重为γsat

，则土面下深度为h2的a-a平面上的总应力为二、在静水条件下水平面上的孔隙水应力和有效应力由此可见，在静水条件下，孔隙水应力等于研究平面上单位面积的水柱重量，与水深成正比，呈三角形分布；有效应力等于研究平面上单位面积的土柱有效重量，与土层深度成正比，也呈三角形分布，而与超出土面以上静水位的高低无关。其中，孔隙水应力为于是，根据有效应力原理，a-a平面上的有效应力为三、在稳定渗流作用下水平面上的孔隙水应力和有效应力图3－23(a)表示在水位差作用下发生由上向下的渗流情况。此时在土层表面b-b上的孔隙水应力与静水情况相同，仍等于γwh1，面a-a平面上的孔隙水应力将因水头损失而减小，其值为1、向下渗流的情况：a-a平面上的总应力仍保持不变，等于于是，根据有效应力原理，a-a平面上的有效应力为与静水情况相比，当有向下渗流作用时，a-a平面上的总应力保持不变，孔隙水应力减少了γwh。因而，证明了总应力不变的条件下孔隙水应力的减少等于有效应力的等量增加。2、向上渗流的情况：与静水情况相比，当有向上渗流作用时，a-a平面上的总应力保持不变，孔隙水应力增加了γwh，而有效应力相应地减少了γwh。因而，又一次证明在总应力不变