土的渗透性及渗流

土的渗透性及渗流第一页，共三十六页，2022年，8月28日土石坝防渗斜墙及铺盖浸润线透水层不透水层土石坝坝基坝身渗流第二页，共三十六页，2022年，8月28日透水层不透水层基坑板桩墙板桩围护下的基坑渗流第三页，共三十六页，2022年，8月28日透水层不透水层天然水面水井渗流漏斗状潜水面Q第四页，共三十六页，2022年，8月28日渗流滑坡第五页，共三十六页，2022年，8月28日

三个方面:渗流量问题：基坑开挖排水量计算，坝身、坝基渗水量，水井供水量等

渗透破坏：产生渗透变形，甚至渗透破坏，如边坡破坏、堤坝失稳、地面隆起等

渗流控制问题：如渗透变形不满足设计要求，需研究工程措施进行渗流控制

第六页，共三十六页，2022年，8月28日3.2土的渗透性ABLh1h2zAzBΔh00基准面水力坡降线总水头:单位重量（容重）水体所具有的能量

z：位置水头u/γw：压力水头V2/(2g)：流速水头≈0A点总水头：B点总水头：总水头：水力坡降：3.2.1基本概念第七页，共三十六页，2022年，8月28日3.2.2土的层流渗透定律—达西定律1856年，法国学者达西（Darcy,H.）根据砂土渗透实验，发现水的渗透速度与水力坡降成正比

即达西定律：v平均渗透速度（cm/s或m/s）k渗透系数（cm/s或m/s,m/d）△h试样两端的水位差，即水头损失△L渗径长度k:反映土的透水性能的比例系数，称为渗透系数第八页，共三十六页，2022年，8月28日试验前提：层流Δh↑，q↑A↑，q↑L↑，q↓断面平均流速水力坡降渗透试验试验条件:

h1，A，L量测变量:

h2，Q，tΔh=h1-h2达西渗透定律Darcy'slaw第九页，共三十六页，2022年，8月28日注：达西定律适用条件层流（线性流）——大部分砂土，粉土；疏松的粘土及砂性较重的粘性土砂土的水力梯度与渗透速度呈线性关系，符合达西渗透定律。第十页，共三十六页，2022年，8月28日粗粒土：砾石类土中的渗流不符合达西定律

两种特例粘性土：clay致密的粘土ivovcrivoi0v=k(i-i0)第十一页，共三十六页，2022年，8月28日

v平均渗透速度（cm/s或m/s）

k渗透系数（cm/s或m/s,m/d）k:反映土的透水性能的比例系数，称为渗透系数。它是反映土的渗透能力的定量指标，也是渗流计算时必须用到的一个基本参数。第十二页，共三十六页，2022年，8月28日3.2.3渗透试验及渗透系数室内试验测定方法野外试验测定方法常水头试验法变水头试验法井孔抽水试验井孔注水试验测定方法粗粒土细粒土第十三页，共三十六页，2022年，8月28日室内试验方法1—常水头试验法i=Δh/LQv=ki适用土类：透水性较大的砂性土带入虑石量筒一、室内试验测定方法=vAt=qt第十四页，共三十六页，2022年，8月28日

室内试验方法2—变水头试验法试验条件:Δh变化，A，L透水性较小的粘性土第十五页，共三十六页，2022年，8月28日tt+ΔtdQ=-adhdQ=vAdt流入量：流出量：=kiAdt-adh第十六页，共三十六页，2022年，8月28日二、现场抽水试验————室内试验时不易取得原状土样，或者土样不能反映天然土层的层次或土颗粒排列情况时图2-6现场抽水试验非承压完整井第十七页，共三十六页，2022年，8月28日三、影响渗透系数的主要因素

粒径大小及级配孔隙比矿物成分结构水的动力粘滞系数饱和度（含气量）（饱和度低，渗透性差)封闭气泡—对k影响很大，第十八页，共三十六页，2022年，8月28日（1）土的粒度成分或级配：颗粒越粗，大小越均匀,k?（2）土的密实度：越密实，k?（3）土的饱和度:

Sr↓，k?（4）土的结构：（5）水的温度：T↑，粘滞度↓，k?（6）土的构造：水平方向与垂直方向的K第十九页，共三十六页，2022年，8月28日四、层状地基的等效渗透系数等效渗透系数确立各层的ki，hi根据渗流方向确定等效渗流系数天然土层多呈层状第二十页，共三十六页，2022年，8月28日①水平向渗流时KX

q=q1+q2

受渗透系数最大的土层控制

②竖直向渗流时Kyq=q1=q2受渗透系数最小的土层控制Δh1Δh2qFk1k2k1k2q1q2h1h2qh1h2成层土的渗透系数第二十一页，共三十六页，2022年，8月28日算例说明

H1H2H3Hk1k2k3x第二十二页，共三十六页，2022年，8月28日3.3渗透力与渗透破坏

水在流动时，水流受到来自土骨架的阻力，同时流动的孔隙水对土骨架产生一个摩擦、拖曳力。土粒渗流G渗透力G

d——渗透作用中，单位体积土颗粒所受到的渗流作用力。注：渗透力是一种体积力，量纲与γw相同。大小与水力梯度成正比，方向与渗流方向一致。第二十三页，共三十六页，2022年，8月28日4点，渗流力与重力方向相反，对稳定特别不利1点，渗流力与重力方向一致，渗流力促使土体压密，对稳定有利2点，3点，渗流力与重力方向正交，对稳定不利第二十四页，共三十六页，2022年，8月28日流土（流砂）与管涌基本类型流土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形成条件防治措施第二十五页，共三十六页，2022年，8月28日流土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粘性土k1<<k2砂性土k2坝体渗流不发生流土发生流土i<icri>icrG’GDor第二十六页，共三十六页，2022年，8月28日流土第二十七页，共三十六页，2022年，8月28日管涌原因：内因——有足够多的粗颗粒形成大于细粒直径的孔隙外因——渗透力足够大

在渗流作用下，一定级配的无粘性土中的细小颗粒，通过较大颗粒所形成的孔隙发生移动，最终在土中形成与地表贯通的管道。管涌管涌破坏第二十八页，共三十六页，2022年，8月28日管涌第二十九页，共三十六页，2022年，8月28日管涌第三十页，共三十六页，2022年，8月28日管涌第三十一页，共三十六页，2022年，8月28日管涌的治理反滤倒渗第三十二页，共三十六页，2022年，8月28日总结1、达西渗透定律根据砂土渗透，水的渗透速度与水力坡降成正比即达西定律：第三十三页，共三十六页，2022年，8月28日2达西定律适用条件层流（线性流）：大部分砂土，粉土；疏松的粘土及砂性较重的粘性土3、水平渗流等效渗透系数:4、竖直渗流:等效渗透系数:第三十四页，共三十六页，2022年，8月28日5、渗透力J—：渗透作用中，孔隙水对土骨架的作用力，方向与渗流方向一致。不发生流土发生流土6、临界水力梯度第三十五页，共三十六页，2022年，8月28日ExercisesInaconstant-headpermeabilitytest,asampleofsand12cmlongan