第4章土的渗透性及渗透稳定.ppt

（二）当渗流由下向上时 三、渗透破坏的判别 渗透变形的形式与土的类别、颗粒级配以及水力条件等因素有关 目前我国水利工程中用来判别不同形式渗透破坏的标准见教材78页规定 四、渗透破坏的临界梯度——使土体开始发生渗透变形的水力坡降 G J 1、流土 当土颗粒的重力与渗透力相等时，土颗粒不受任何力作用，好像处于悬浮状态，这时的水力坡降即为临界水力坡降 或 在工程计算中，将土的临界水力坡降除以某一安全系数Fs(2～2.5)，作为允许水力坡降[i]。设计时，为保证建筑物的安全，将渗流逸出处的水力坡降控制在允许坡降[i]内 2、管涌（略） 流网的性质及应用 平面问题：渗流剖面和产生渗流的条件沿某一个方向不发生变化，则在垂直该方向的各个平面内，渗流状况完全一致。对平面问题，常取dy=1m单位宽度的一片来进行分析 h=h(x,z), v=v(x,z) 与时间无关 稳定渗流：流场不随时间发生变化的渗流 4.5二维渗流和流网的应用 渗流的连续性方程 单位时间流入单元的水量: 渗流的连续性方程： 单位时间内流出单元的水量: 连续性条件: dx dz vx vz x z 渗流的运动方程 达西定律： 渗流的连续性方程： 渗流的运动方程： 特例：各向同性均质土体 kx=kz Laplace方程，描述渗流场内水头的分布，是平面稳定渗流的基本方程 流网法：简便快捷，具有足够的精度，可分析较复杂断面的渗流问题 4.6有关土渗透性的几个问题 一、影响土的渗透性的因素 1.土粒大小与级配 细粒含量愈多，土的渗透性愈小，例如砂土中粉粒及粘粒含量愈多时，砂土的渗透系数就会大大减小。 2.土的密实度 3.水的动力粘滞系数 同种土在不同的密实状态下具有不同的渗透系数，土的密实度增大，孔隙比降低，土的渗透性也减小。 动力粘滞系数随水温发生明显的变化。水温愈高，水的动力粘滞系数愈小，土的渗透系数则愈大。 4.土中封闭气体含量 土中封闭气体阻塞渗流通道，使土的渗透系数降低。封闭气体含量愈多，土的渗透性愈小。 二、成层土体中的渗流 1.水平、垂直渗透系数 H1 H2 H3 k1 k2 k3 H q1x q2x q3x qx 通过整个土层的总渗流量qx应为各土层渗流量之总和 达西定律 整个土层与层面平行的等效渗透系数 垂直渗透系数 H1 H2 H3 k1 k2 k3 H 根据水流连续定理，通过整个土层的渗流量等于通过各土层的渗流量 q3y q2y q1y qy 各土层的相应的水力坡降为i1、i2、…、in，总的水力坡降为i 总水头损失等于各层水头损失之和 整个土层与层面垂直的等效渗透系数 2.稳定渗流基本方程的解答 三、（略） 第四章 土的渗透性及渗透稳定 达西定律 渗透系数及其确定方法 渗透力与渗透变形 二维渗流和流网的应用 主要内容 * 4.1 概述 主要内容：土的渗透性和渗透规律 研究对象：饱和土体 “土中的水并非处于静止不变的状态，而是运动着的” 渗流和土的渗透性的概念 水在土中渗透导致的三方面问题 河滩路堤下的渗流 4.2 土的渗透性 土孔隙中的自由水在重力作用下发生运动的现象。 一、水头与水力梯度 能量是用水头来表示， Bernoulli’s Equation： 一水头及其类型 如果忽略流速的影响，则 二水力梯度 水头差(A点与B点) 水力梯度:单位流程总水头的变化 水头的大小随选取的基准面不同而不同； 注意： 最关心的不是水头而是水头差； 水在土中的渗流是从高水头向低水头流动。 （一）渗透定律 法国学者达西(Darcy),砂土实验结果（1852-1856） 渗透速度与水头梯度成正比： Q= =kiA 或 v=ki 式中：v—渗透速度(cm/s)； i—水头梯度； k—渗透系数(cm/s)； Q—渗透流量(cm3/s) A—截面积。 Darcy渗透定律 二、饱和土的渗透规律-----Darcy定律 达西定律只适用于层流 适用于中砂、细砂、粉砂等 粗砂、砾石、卵石等粗颗粒土不适合。 水力坡度与渗流速度关系 （二） Darcy定律适用范围 粘土不完全符合达西定律，需进行修正 砂土和粘土的渗透规律 粘土中存在起始水头梯度ib 修正后：v=k(i-ib) ? 右图绘出砂土与粘土的比较。 关于起始水力坡降是否存在也有不同观点。 三、渗透系数的测定 经验估算法 （一）室内试验法 1.常水头渗透试验---实验装置见下图a示 则得 故渗透系数为 截面积为A，渗径L； 压力水头维持不变； 试验开始时，