tlxdjjc3土力学与地基基础第三章土的渗透性与渗流.ppt

第三章 土的渗透性与渗流 本章将主要讨论水在土体中的渗透性及渗透规律，以及渗透力及渗透变形等问题。 通过本章学习，掌握土的渗透性（达西定律），掌握水头、测管水头、水力坡降的概念，熟悉渗透系数的测定方法，特别是层状地基的等效渗透系数的确定。学会应用二维渗流流网确定测管水头、孔隙水压力、水力坡降、渗透速度和渗透流量。 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，当土作为水土建筑物的地基或直接把它用作水土建筑物的材料时，水就会在水头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。渗透是水头差作用下，水透过土体孔隙的现象。土允许水透过的性能称为土的渗透性。 第一节 土的渗透定律 一、渗流中的总水头与水力坡降 前提：流体是连续介质，流体是不可压缩的，流体是稳定流，且流体不能通过流面流进或流出该元流。 断面积分别为W1和 W2、流速分别为V1和V2断面处： 上式表明：通过稳定总流任意过水断面的流量相等；或稳定总流过水断面平均流速与过水断面面积成反比。 水头：实际上就是单位重量水体所具有的能量。 饱和土体空隙中的渗透水流 ，用水头的概念来研究水体流动中的位能和动能。 理想重力的能量方程式（伯努利方程式1738年瑞士数学家应用动能定理推导出来的）。 饱和土体空隙中的渗透水流，也遵从伯努利方程，并用水头的概念来研究水体流动中 的位能和动能。 水在土中渗流示意图 A,B两点的总水头可分别表示为： 二、渗透试验与达西定律 1. 1956年，达西利用试验装置，对砂土的渗流性进行了研究 。下图：达西渗透试验装置 研究中发现水在土中的渗流速度与试样两端面间的水头差成正比，而与渗流长度成反比，于是他把渗流速度表示为： 这就是著名的达西定律， 式中v：表示断面平均渗透速度，单位：mm/s k：渗透系数，（mm/s）其物理意义是当水力坡降i=1时的渗透速度。 达西定律说明： （1）在层流状态的渗流中，渗流速度v与水力坡降的一次方成正比，并与土的性质有关。或砂土的渗透速度与水力坡降呈线性关系。 （2）但对于密实的粘土，由于吸着水具有较大的粘滞阻力，因此只有当水力坡降达到某一数值，克服了吸着水的粘滞阻力以后，才能发生渗透。将一开始渗透时的水力坡降称为粘性土的起始水力坡降i。 密实的粘土不但存在起始水力坡降，而且当水力坡降超过起始坡降后，渗透速度与水力坡降的规律还偏离达西定律而呈线性关系。 式中： 指密实粘土的起始水力坡降。 试验也表明，在粗颗粒土中（如砾石，卵石），在较大的水力坡降下，水在土中的流动即进入紊流状态，渗透速度与水力坡降呈非线性关系，此时达西定律不能适用。 卵砾石等粗颗粒的渗流 对于粗颗粒的砾、卵石土，只有在小的水力坡降下，渗透速度与水力坡降才呈直线关系，而在较大的水力坡降下，水在土中的流动进入紊流状态，渗透速度与水力坡降呈非线性关系，此时达西定律同样不能适应，可用下式表示 用达西定律计算出的渗透速度不是水在土中的渗透速度，而是一个假想的平均速度，因为它假定水在土中的渗透是通过整个土体截面进行的，而实际上，渗透水不仅仅通过土体中的孔隙流动，因此，水在土中的实际平均流速要比用达西定律所求得的数值大得多 相关考题 （1）土中水的渗透速度即为其实际流动速度。（ ） 1）什么是达西定律？写出其表达式？说明其中字符的含义。 （7）达西渗透定律的适用条件是什么？砂土、粗粒土（指卵石、砾石等）、粘性土的渗透定律有何不同，绘图示意。用达西定律计算出的渗透速度是不是孔隙水在水中的真实的渗透流速，它们在物理概念上有何区别？ 第二节 渗透系数及其确定方法 （一）、渗透系数的测定和影响因素 抽水试验 (补充） 抽水试验是工程地质勘察中查明建筑场地的地层渗透性，测定有关水文地质参数常用的方法之一。一般钻孔或探井简易抽水，可用于粗略估计弱透水层的渗透系数；不带观测孔的抽水可初步判断含水层的渗透系数；而要较准确地求得含水层的各种参数，需要带观测孔的抽水试验。 抽水孔(井)位置应根据试验的目的，结合场地水文地质条件、地形地貌条件等，布置在有代表性的地段。观测孔应围绕抽水孔布置1~2排，首先应布置在与地下水流向相垂直的方向上；当布置两排时，另一排应布置在平行地下水流向的方向上(图8-16)。 计算参透系数k 对于均质等厚、无限边界的完整井，当测得井中水位降深Sw和影响半径R时 对承压水： 潜水： （二）影响渗透系数的因素 二、层状地基的等效渗透系数 天然沉积土往往是由渗透性不同的土层所组 成。其中以与土层层面平行和垂直的简单渗流情况最典型。 水