土的渗透性及渗透力.ppt

1、1,3 土的渗透性及渗透力,2,目录,3.1 土的渗透性及渗透定理,3.3 渗透力及渗透破坏,3.4 有效应力原理及计算,3.2 渗透系数的测定,3,3.1 土的渗透性及渗透定理,3.1.1土的渗透性,土可以被水透过的性质称为渗透性。,渗流滑坡,4,3.1.2土的渗透定理,层流：水在土的细微孔隙中的缓慢流动称为层流。,渗透模型,5,层流状态下土中水的渗流速度与能量损失之间服从线性渗流规律 达西定律（1896年）,渗透系数的物理意义单位水力梯度时孔隙流体的渗流速度。 反映土体渗透性的大小，是土的重要指标之一。可通过试验测定。,达西定律,大量试验结果，发现土中单位时间渗流量q与土样断面积A及试样两

2、端面的水头差i成正比，而与流过的土样长度L成反比，即,6,（1）采用了以整个断面计算的假想平均流速，而不是孔隙流体的实际流 速。实际流速要比平均流速大。 （2）采用了以土样长度为渗径的平均水力梯度，而不是渗透水流的真正 水力梯度。,无粘性土 中砂、细砂、粉砂,粘土,适用条件： 大部分砂土，粉土； 疏松的粘土及砂性较重的粘性土,起始水力梯度,达西定律的基本假定：,7,3.2 渗透系数的测定,3.2.1室内渗透试验,1.常水头试验,适用范围：透水性强的无粘性土 试验装置：如图示 试验特点： 水在常水头差h的作用下流过试样 试验方法： 测量对应于某一时段t，流经试样的水量Q,i=h/L,Q=vAt,

3、v=ki,8,1.变水头试验,适用范围：渗透性很小的粘性土。 试验装置：如图示 试验特点： 试样顶部水头随时间变化，作用于试样两端的水头差h在试验过程中是变化的。,自学推导过程,9,3.2.2现场渗透试验（抽水试验和注水试验）,A=2rh,i=dh/dr,优点：可获得现场较为可靠的平均渗透系数,缺点：费用较高，耗时较长,10,定义：当土中发生向下或向上的渗流时，渗透水流作用在土颗粒上的与渗流方向相同的体积力，使土骨架应力相应地增加或减小，此体积力称为渗流力，用J表示。,渗流变形,渗流力,3.3 渗透力及渗透破坏,3.3.1渗流力（动水力）,11,1. 试验装置：可产生垂直渗流的试验装置，如图所

4、示。 2. 试验假设 土是均匀的，土中的渗流不论向上还是向下，土中的水头损失沿渗流方向都是均匀变化的，即假设渗流引起的应力改变量沿渗流方向是直线变化的。,在稳定渗流情况下，饱和土体中的土骨架应力和孔隙水应力与静水条件中的不同,土的渗流试验简图,12,单位渗流力：每单位土体内土颗粒所受的渗流作用力, 用j表示，单位为kN/m3,当h1=h2时，无渗流发生 当h1h2时，向上渗流 当h1h2时，向下渗流,饱和土体中渗流力计算,13,3.3.2渗透破坏,土工建筑物及地基由于渗流作用而出现的变形或破坏,基本类型,流土,管涌,形成条件,防治措施,14,（1）流土（流砂）,在向上的渗透作用下，表层局部土体

5、颗粒同时发生悬浮移动的现象,粘性土k1k2,砂性土k2,坝体体,渗流,原因：,15,形成条件,Fs: 安全系数2.02.5, i : 允许坡降,i icr :,i = icr :,i icr :,土体处于稳定状态,土体发生流土破坏,土体处于临界状态,经验判断：,16,（2）管涌,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。,原因：,内因有足够多的粗颗粒形 成大于细粒直径的孔隙,外因渗流力足够大,管涌,管涌破坏,17,无粘性土 发生管涌的判别标准为（内因颗粒几何条件）：,d20小于该粒径的土质量占总质量的20%,18,发生管涌的

6、水力条件外因,试验测定方法： 改变试样底部的水头高度。 现象:试样中细小土粒移动。 b图中： 从C点开始，水力梯度稍有增加，渗流速度就会急剧加大，说明试样中发生了管涌 。,19,20,防治措施,增大i：下游增加透水盖重,防治流土,减小i ：上游延长渗径 下游减小水压,防治管涌,改善几何条件：设反滤层等， 反滤层为级配较均匀的砂子和砾石层，能保护细颗粒不被带走，同时也具有较大的透水性,改善水力条件：减小渗透坡降,21,流土与管涌的比较,22,3.4 有效应力原理及计算,粒间应力（interparticle stress） 由土骨架颗粒间接触点传递的应力。 有效应力（effective stres

7、s） 对土体的变形和强度变化有效的粒间应力。 孔隙水压力（pore water pressure） 由孔隙水传递的应力，它不能直接引起土体的变形和强度变化，又称为中性应力。它不随时间而变化。 超静孔隙水压力（excess pore water pressure） 由外荷载引起的超出静水位以上的那部分孔隙水压力。,3.4.1 有效应力的基本概念,23,3.4.2 有效应力原理,A：,Aw：,As：,土单元的断面积,颗粒接触点的面积,孔隙水的断面积,有效应力,a-a断面竖向力平衡：,1、饱和土中的应力形状,24,（1）饱和土体内任一平面上受到的总应力可分为两部分 和u，并且,（2）土的变形与强度都

8、只取决于有效应力,一般地，,有效应力,总应力已知或易知,孔隙水压测定或算定,通常,2、饱和土中的有效应力原理,25,3.4.3 稳定渗流下的土中有效应力的计算,1、静水条件下,=-u =H1+satH2-wH2 =H1+(sat-w)H2 =H1+H2,地下水位,地下水位下降引起 增大的部分,=-u,u=wH2,u=wH2,地下水位下降会引起增大，土会产生压缩，这是城市抽水引起地面沉降的一个主要原因。,26,海洋土,=-u =wH1+satH2-wH =satH2-w(H-H1) =(sat-w)H2 =H2,wH1,wH1,27,毛细饱和区,毛细饱和区,总应力,孔隙水压力,有效应力,+,-,28,2、稳定渗流条件下,（1）水自下而上渗流,（当h2 h1时，h2 =h1 + h，即向上渗流）,29,（2）水自上而下渗流,（当h2 h1时，h2 =h1 - h，即向下渗流）,30,结 论：,土中发生向上的渗流时，由于孔隙水向上渗流，并且作用在土颗粒上一个向上的体积力，使得土骨架应力降低，而该体积力反作用于孔