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例2-1 求：（1）截面的位置水头、压力水头和总水头 （2）截面之间的水头损失和水力梯度 解： 总水头变化： 水力梯度： 第二章 土的渗透性 3、临界水力梯度的试验资料 （1）临界水力梯度与不均匀系数的关系 土的不均匀系数愈大，临界水力梯度愈小。 （2）临界水力梯度与细料含量的关系 第二章 土的渗透性 （3）临界水力梯度与渗透系数的关系 对于不均匀的土，如果透水性强，抵抗渗透变形的能力就差； 如果透水性弱，抵抗渗透变形的能力就强。 第二章 土的渗透性 （3）防止渗透变形发生的措施： （1）减小水力梯度； 防渗帷幕、防渗铺盖 （2）加盖压重、减压井 （3）改善级配、反滤层 第二章 土的渗透性 2-6 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。 只有有效应力才能使土体产生压缩（或固结）和强度。 第二章 土的渗透性 2-6 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： 把通过粒间的接触面传递的应力称为有效应力。 定义： 研究平面总面积A；粒间接触面积As；孔隙水面积Aw＝A－As 第二章 土的渗透性 图中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 第二章 土的渗透性 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 第二章 土的渗透性 二、在静水条件下水平面上的孔隙水应力和有效应力 第二章 土的渗透性 三、在稳定渗流作用下水平面上的孔隙水应力和有效应力 图中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 向下渗流的情况： 第二章 土的渗透性 2-1 概 述 岩土材料实际上是非连续的，是由多相组成的，在其孔隙中存在着气、液相介质，当孔隙连通时，流体可在不平衡的势能情况下发生流动。其中土中水及其运动会引发许多工程和环境问题。 岩土中流体及其运动是一个重要和有实际意义的课题，它和人类生活密切相关，与其有关的工程领域有水利、建筑、交通、采矿、石油、农业和环境等。 第二章 土的渗透性 2-1 概 述 土是由固体相的颗粒、孔隙中的液体和气体三相组成的，而土中的孔隙具有连续的性质，当土作为工程结构物的地基或直接把它用作工程结构物的材料时，水就会在水头压力差作用下从水位较高的一侧透过土体的孔隙流向水位较低的一侧，这种现象称为渗透。 土具有被水透过的性能称为土的渗透性。 土的渗透问题是指由于水的渗透引起土体内部应力状态的变化或土体、地基本身的结构、强度等状态的变化，从而影响建筑物或地基的稳定性或产生有害变形的问题。 第二章 土的渗透性 2-1 概 述 土的渗透问题的研究 ①渗流量问题。 如土坝坝身、坝基及渠道的渗漏水量的估算，基坑开挖时的渗水量及排水量计算，以及水井的供水量估算等。渗流量的大小将直接关系到工程的经济效益。 ②渗透变形(或称渗透破坏)问题。 流经土体的水流会对土颗粒和土体施加动水作用力，称为渗透力。当渗透力过大时就会引起土颗粒或土体的位移，从而造成工程结构物及地基产生渗透变形，如地面隆起、细颗粒被水带出等现象。渗透变形问题直接关系到建筑物的安全，它是工程结构物和地基发生破坏的重要原因之一。 ③渗流控制问题。 当渗流量和渗透变形不满足设计要求时，要采用工程措施加以控制，称为渗流控制。 第二章 土的渗透性 2-2 达西渗透定律 一、渗流中的总水头与水力梯度 从水力学中得知，液体流动除了要满足连续原理外，还必须要满足液流的能量方程，即伯努利方程（1738年瑞士数学家应用动能定理推导出来的）。 为了研究的方便，常用水头的概念来研究水体流动中的位能和动能。 所谓水头，实际上就是单位重量水体所具有的能量。 按照伯努利方程，液流中某点的总水头h可表示如下： 第二章 土的渗透性 2-2 达西渗透定律 h—总水头，为该点的单位重量液体所具有的机械能； Z—位置水头，为该点相对于任意选定的基准面的高度，代表单位重量液体所具有的位能（位置高度）； u/γw —压力水头，代表该点空隙水压力的水柱高度；u为该点的水压