土力学教学课件 第二章土的渗透性及渗流.pptVIP

第二章 土的渗透性及渗流;本章主要内容;学习要求;§2.1 土的渗透性及举例;;;;;渗流滑坡; 土的水理性质：土体在水的作用及其变化的条件下，产生土的物理、力学状态及性质的变化以及对工程的影响。; 土的毛细水性质; 土的冻胀 影响冻胀的因素有下列三个方面： 1、土的因素 2、水的因素 3、温度的因素 ;§2.2 地下水的运动方式和判别; 地下水的运动方式和判别; 水的渗流是由水头势能驱动，从水头高（势能大）的地方流向水头低（势能小）的地方。 水头(water head)：单位重量水体所具有的能量。 渗流中一点的总水头h可用下式表示： h = z + (2-1) z —位置水头 —压力水头 —流速水头，流速水头近似等于0 它们的物理意义均代表单位重量水体所具有的各种机械能。;; 注意：土体中两点是否会发生渗流，只取决于总水头差， 若hA≠hB时，才会发生水从总水头高的点向总水头低的点流动(但水并非一定向低处流)。;§ 2.4 达西定律及其适用范围;一、达西渗透定律 由于土体中的孔隙一般非常微小，水在土体中流动时的粘滞阻力很大、流速缓慢，因此，其流动状态大多属于层流。 著名的达西(Darcy)渗透定律： 渗透速度： 或 渗流量为：;式中： υ--水在土中的渗透速度，cm/s。它不是地下水的实际流速，而是在单位时间（sec）内流过单位土截面（cm2）的水量（cm3）,是土体断面的平均渗透速度； i--水力梯度，即土中两点的水头差 (如下图，为H1-H2)与两点间的流线长度（L）之比； k--土的渗透系数，cm/s，与土的渗透性质有关的待定系数。 ;必须指出，由式（2-1）求出的渗透速度v 是一种假想的平均流速，因为它假定水在土中的渗透是通过整个土体截面来进行的，而实际上，渗透水仅仅通过土体中的孔隙流动，实际平均流速v’ 要比假想的平均流速大很多。 它们之间的关系为：;二、达西渗透定律的适用条件 只有当渗流为层流的时候才能适用达西渗透定律。 达西渗透定律的适用界限可以考虑为： 满足达西渗透定律的土的平均粒径: 对于比粗砂更细的土来说，达西渗透定律一般是适用的，而对粗粒土来讲，只有在水力坡降很小的情况下才能适用。;v;;渗透系数是直接衡量土的透水性 强弱的一个重要的力学性质指标。 一、实验室内测定渗透系数 可分为：常水头试验和变水头试验 （一）常水头法 是在整个试验过程中，水头保持 不变。常水头法适用于透水性强 的无粘性土。土的渗透系数： ;（二）变水头法 在整个试验过程中，水头是随着时间而变化的，适用于透水性弱的粘性土。 土的渗透系数： ;渗透系数的测定;二、成层土的渗透系数 天然沉积土往往由渗透性不同的土层所组成。对于与土层层面平行和垂直的简单渗流情况，当各土层的渗透系数和厚度为已知时，我们可求出整个土层与层面平行和垂直的平均渗透系数，作为进行渗流计算的依据。;如上图(a) 所示与层面平行的渗流情况。通过整个土层的总渗流量qx 应为各土层渗流量之总和，即 （a） 根据达西定律，总渗流量又可表示为 （b） (c) 整个土层与层面平行的平均渗流系数为： ;通过整个土层的总渗流量qy应为通过各土层的渗流量，即