土的渗透性和渗透问题

土的渗透性和渗透问题一、达西定律【基本内容】渗透——在水位差作用下，水透过土体孔隙的现象。渗透性——土具有被水透过的性能。1、达西定律v=ki=kh/L或用渗流量表示为q=vA=kiA式中v――渗透速度，cm/s或m/d；q――渗流量，cm³/s或m³/d；i=h/L――水力坡降（水力梯度），即沿渗流方向单位距离的水头损失，无因次；h――试样两端的水头差，cm或m；L――渗径长度；cm或m；k――渗透系数，cm/s或m/d；其物理意义是当水力梯度i等于1时的渗透速度；A――试样截面积，cm²或m²。【注意】由上式求出的v是一种假想的平均流速，假定水在土中的渗透是通过整个土体截面来进行的。水在土体中的实际平均流速要比达西定律采用的假想平均流速大。2、达西定律的适用范围与起始水力坡降对于密实的粘土：由于结合水具有较大的粘滞阻力，只有当水力梯度达到某一数值，克服了结合水的粘滞阻力后才能发生渗透。起始水力梯度――使粘性土开始发生渗透时的水力坡降。(a)砂土(b)密实粘土(c)砾石、卵石粘性土渗透系数与水力坡降的规律偏离达西定律而呈非线性关系，如图（b）中的实线所示，常用虚直线来描述密实粘土的渗透规律。(2-3)式中ib――密实粘土的起始水力坡降；对于粗粒土中（如砾、卵石等）：在较小的i下，v与i才呈线性关系，当渗透速度超过临界流速vcr时，水在土中的流动进入紊流状态，渗透速度与水力坡降呈非线性关系，如图（c）所示，此时，达西定律不能适用。二、渗透系数及其确定方法【基本内容】一）渗透试验1．常水头试验常水头试验适用于透水性大（k>10-3cm/s）的土，例如砂土。常水头试验就是在整个试验过程中，水头保持不变。试验时测出某时间间隔t内流过试样的总水量V，根据达西定律PAGE2即2．变水头试验粘性土由于渗透系数很小，流经试样的总水量也很小，不易准确测定。因此，应采用变水头试验。变水头试验就是在整个试验过程中，水头随时间而变化的一种试验方法。利用数学方法可得到渗透系数如用常用对数表示，上式可写为二）影响渗透系数的因素【讨论】上述因素对渗透系数的影响三）成层土的渗透系数1．平行层面渗透系数【讨论】对于成层土，如果各土层的厚度大致相近，而渗透性却相差悬殊时，与层向平行的平均渗透系数将取决于最透水层的厚度和渗透性。2．垂直层面渗透系数【讨论】对于成层土，如果各土层的厚度大致相近，而渗透性却相差悬殊时，与层面垂直的平均渗透系数将取决于最不透水层的厚度和渗透性。【例题先自习后讲解】【例2-1】设做变水头渗透试验的粘土试样的截面积为30㎝2，厚度为4cm，渗透仪细玻璃管的内径为0.4cm，试验开始时的水位差为160cm，经时段15分观察得水位差为52cm，试验时的水温为30℃，试求试样的渗透系数。【解题思路】熟悉变水头公式计算k20三、渗透力和渗透变形【基本内容】一）渗透力和临界水力坡降1．渗透力渗透力――水在土体中流动时，渗透水流施加于单位土粒上的拖曳力。渗透力的特点【讨论】渗透力对土体稳定的影响2．临界水力坡降——使土体开始发生渗透变形的水力坡降。设计时，将渗流逸出处的水力坡降控制在允许坡降[i]内，即i≤[i]二）渗透变形渗透水流将土体的细颗粒冲走、带走或局部土体产生移动，导致土体变形，这类问题称为渗透变形问题。1．渗透变形的基本形式2．流土的特点：发生于地基或土坝下游渗流出逸处，而不发生于土体内部。开挖基坑或渠道时常常遇到的流砂现象，就属于流土破坏。细砂、粉砂、淤泥等较易发生流土破坏。3．管涌的特点：既可以发生在土体内部，也可以发生在渗流出口处。它的发展一般有个时间过程，是一种渐进性的破坏。管涌的临界水力梯度icr一般通过试验确定。【工程经验】粘性土由于粒间具有粘聚力，连结较紧，常不出现管涌而只发生流土破坏；不均匀系数Cu>10的匀粒砂土，在一定的水力梯度下，局部地区较易发生流土破坏；对Cu>10的砂和砾石、卵石，分两种情况。当孔隙中细粒含量较少（小于30%）时，只要较小的水力坡降，就足以推动这些细粒发生管涌。如它们的孔隙中细粒增多，以至塞满全部孔隙（此时细料含量约为30%~35%），便不出现管涌而会发生流土现象。【提问答疑】【本次课小结】1．达西定律2．测定渗透系数的方法3．渗透力与渗透变形【复习思考】1.达西定律的适用条件有哪些？2．实验室测定渗透系数的方法有哪两种？它们分别适用于什么情况？3．何谓渗透力？其大小、方向、单位如何？4．渗透变形的基本形式有分哪两种？它们分别有什么特征？【课后作业】四、渗流工程问题与处理措施【基本内容】一）渗流工程问题1．地下水的浮托作用2．地下水的潜蚀作用3．流砂4．基坑突涌二）防渗处理措施1．水工建筑物渗流处理措施水工建筑物的防渗工程措施一般以“上堵下疏”为原则，上游截渗、延长渗径，下游通畅渗透水流，减小渗透压力，防止渗透变形。①垂直截渗垂直截渗墙、帷幕灌浆、板桩等都属于垂直截渗。②设置水平铺盖上游设置水平铺盖，延长水流渗透路径。③设置反滤层在水工建筑物下游设置反滤层，既可通畅水流，又起到保护土体、防止细粒流失而产生渗透变形。④排水减压为减小下游渗透压力，常常在水工建筑物下游、基坑开挖时，设置减压井或深挖排水槽。【工程实例】【讨论】采用上述措施的原理2．基坑开挖防渗措施①工程降水可采用明沟排水和井点降水的方法人工降低地下水位。②设置板桩沿坑壁打入板桩，它一方面可以加固坑壁，同时增加了地下水的渗流路径，减小水力坡降。③水下挖掘在基坑或沉井中中用机械在在水下挖掘掘，避免因因排水而造造成流砂的的水头差。为为了增加砂砂的稳定性性，也可向向基坑中注注水，并同同时进行挖挖掘。基坑开挖防渗措措施还有冻冻结法、化化学加固法法、爆炸法法等。※习题复习课【本章小结】1．层流状态，水水在土中的的渗透速度度与试样的的水力梯度度（或水力力坡降）成成正比；2．常水头试验适适用于透水水性大（k>100-3cmm/s）的土，变变水头试验验