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第2章 渗流
第2章 土的渗透性和渗流问题 * * 引起土体内部应力状态的变化,从而改变水土建筑物或地基的稳定条件,甚者还会酿成破坏事故 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、渗透变形等问题。 概述 渗透:由于土体本身具有连续的孔隙,如果存在水位差的作用,水就会透过土体孔隙而发生孔隙内的流动。 土的渗透性:土具有被水透过的性能称为。 渗流量 渗透变形 土石坝 防渗斜墙及铺盖 浸润线 透水层 不透水层 土石坝坝基坝身渗流 概述 渗水压力 渗流量 渗透变形 透水层 不透水层 基坑 板桩墙 板桩围护下的基坑渗流 概述 渗流量 透水层 不透水层 天然水面 水井渗流 漏斗状潜水面 Q 概述 渗流量 原地下水位 渗流时地下水位 渠道渗流 概述 土的渗透性 一、达西定律 1856年法国学者达西砂土的渗透性进行研究 结论: 水在土中的渗透速度与试样的水力梯度成正比 v=ki 达西定律 水力梯度,即沿渗流方向单位距离的水头损失 土的渗透性 二、达西定律适用范围与起始水力坡降 达西定律 讨论: 砂土的渗透速度与水力梯度呈线性关系 密实的粘土,需要克服结合水的粘滞阻力后才能发生渗透;同时渗透系数与水力坡降的规律还偏离达西定律而呈非线性关系 ib 起始水力坡降 虚直线简化 达西定律适用于层流,不适用于紊流 v=ki i v O 砂土 0 i v 密实粘土 土的渗透性 渗透系数确定方法 渗透试验(室内) 时间t内流出的水量 常水头试验————整个试验过程中水头保持不变 适用于透水性大(k10-3cm/s)的土,例如砂土。 土的渗透性 四、影响渗透系数的因素 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。 ?T、?20分别为T℃和20℃时水的动力粘滞系数,可查表 土的渗透性 H1 H2 H3 H Δh k1 k2 k3 x z q1x q3x q2x L 五.层状地基的等效渗透系数 1 1 2 2 不透水层 水平渗流 条件: 等效渗透系数: qx=vxH=kxiH Σqix=ΣkiiiHi 土的渗透性 H1 H2 H3 H Δh k1 k2 k3 x z 五.层状地基的等效渗透系数 竖直渗流: v 承压水 条件: 等效渗透系数: vi = ki (Δhi/Hi) 土的渗透性 水平渗流情形 垂直渗流情形 条件 已知 等效 推定 五.层状地基的等效渗透系数 渗透力和渗透变形 1.试验观察 Δh=0 静水中,土骨架会受到浮力作用。 Δh0 水在流动时,水流受到来自土骨架的阻力,同时流动的孔隙水对土骨架产生一个摩擦、拖曳力。 渗透力 j ——渗透作用中,孔隙水对土骨架的作用力,方向与渗流方向一致。 渗透变形 渗透力 h1 Δh h2 0 0 hw L 土样 滤网 贮水器 a b 一、渗透力 渗透力和渗透变形 h2 0 0 hw L 土样 滤网 贮水器 a b P2 W P1 R 静水中的土体 A=1 W = Lγsat=L(γ’ + γw) P1 = γwhw P2 = γwh2 R = ? R + P2 = W + P1 R + γwh2 = L(γ’ + γw) + γwhw R = γ’L 土水整体分析 一、渗透力 渗透力和渗透变形 一、渗透力 h1 Δh h2 0 0 hw L 土样 滤网 贮水器 a b P2 W P1 R 静水中的土体 A=1 W = Lγsat=L(γ’ + γw) P1 = γwhw P2 = γwh1 R = ? R + P2 = W + P1 R + γwh1 = L(γ’ + γw) + γwhw R = γ’L- γwΔh R = γ’L 渗流中的土体 h1 Δh h2 0 0 hw L 土样 滤网 贮水器 a b P2 W P1 R 静水中的土体 A=1 R = γ’L- γwΔh R = γ’L 渗流中的土体 向上渗流存在时,滤网支持力减少 减少的部分由谁承担? 水与土之间的作用力-渗流的拖曳力 总渗透力 J = γwΔh 渗透力 j = J/V = γwΔh/L = γwi j = γwi 渗透力和渗透变形 一、渗透力 渗透力和渗透变形 一、渗透力 h1 Δh h2 0 0 hw L 土样 滤网 贮水器 a b P2 W P1 R A=1 R = γ’L- γw
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