山东建筑大学土力学第3章 土的渗透性及渗流1.ppt

1、土的渗透性及渗流,第 3 章,本章内容,3.1 概述 3.2 土的渗透性 3.3土中二维渗流及流网 3.4渗透破坏及控制,3.1概述,名词：渗透性、渗流,渗透性研究主要内容： 1、渗流量问题； 2、渗透破坏问题； 3、渗流控制问题。,3.2土的渗透性 3.2.1渗流的基本概念,伯努利定理：,注意：水在土中渗流速度很慢由速度引起的水头不计,水力梯度：,3.2土的渗透性,3.2.2 土的层流渗透定律,层流：相邻两个水分子运动轨迹相互平行而不混流。,达西定律：,密实粘土：,起始水力坡降 因较大的粘滞阻力,密实粘性土的渗透速度与水力梯度的关系：,砾类土和巨粒土：,紊流 非线性,假想平均流速，不是孔隙中

2、水的实际平均流速,3.2.3渗透试验与渗透系数,3.2土的渗透性,渗透系数的测定方法：,1、室内渗透试验：,常水头法,变水头法,2、现场测定渗透系数,井孔抽水试验,3、影响渗透系数的主要因素：,（1）土的粒度成分：（2）土的密实度： （3）土的饱和度： （4）土的结构： （5）水的温度： （6）土的构造：,3.2土的渗透性,4、渗透系数的经验确定方法,松砂,密实砂土,粘性土,5、成层土的等效渗透系数,（1）与层面平行的渗流情况：,注意：此情况通过各土层相同距离的水头损失均相同,（2）与层面垂直的渗流情况:,注意：通过整个土层的单位渗流量必等于通过各土层的渗流量,3.2土的渗透性,（1）水平渗流

3、,各层土的水头损失相同，水力坡降也相同，即,各层土的单位宽度上的流量为,断面的单宽流量为各层土单宽流量之和，即,断面的单宽流量用等效渗透系数表示为,因此,3.2土的渗透性,（2）垂直渗流,单位面积上的各层土的流量相等，即,总水头差为：,用等效渗透系数 表示：,因此,3.3土中二维渗流及流网,3.3.1 二维渗流方程,1、基本假设,（1）饱和土体；（2）土颗粒和水不可压缩；（3）土骨架不变形。,2、渗流方程,取渗流单元体。根据假设和流量连续即单元体流入水量=流出水量，推导方程。,（此即著名的拉普拉斯方程。在一定的边界条件下，可以求解出水头场。）,3.3土中二维渗流及流网,1、流网的特征： （1）

4、流线与等势线互相正交； （2）流线与等势线构成的各网格的长宽比为常数； （3）相邻等势线之间的水头损失相等； （4）各个流槽的渗流量相等。 2、流网绘制 （1）按比例绘出结构物和土层剖面图； （2）判定边界条件； （3）试绘流线； （4）加绘等势线。,3.3.2 流网特征及绘制,3.3土中二维渗流及流网简介,3、渗流量的计算,总水头损失,等势线条数减1,每个流槽的渗流量：,若b/L构成1，总渗流量为：,流槽的数量，等于流线数减1,3.4渗透破坏与控制,3.4.1渗流力,单位体积土颗粒所受到的渗流作用力为渗流力,计算公式：,注意：渗流力是一种体积力，大小与 水力梯度成正比，方向与渗流方向一致。,3.4.2流砂或流土现象,在向上的渗流力作用下，粒间有效应力为零时，颗粒群发生悬浮、移动的现象。,临界水力梯度：,注意：流砂现象的防治原则,3.4渗透破坏与控制,3.3.3管涌现象和潜蚀作用,管涌的定