[工学]第二章 土中的水及其流动.pptVIP

3.土的渗透变形─土由于受渗流作用而发生的破坏 土的渗透破坏主要有流砂（或称流土、翻砂）和管涌两种。（接触流失、接触冲刷） ⑴流砂─指水向上渗流时，在渗流出口处一定范围内，土颗粒或其集合体浮扬而向上移动或涌出的现象 是否发生流土，可按下述原则来判断： 若iicr，不会发生流土破坏 若i=icr，处于临界状态 若i icr，会发生流土破坏 设计计算时不仅应使iicr，还需有一定的安全储备，即 地下水由下向上流动。 i icr 对流土安全性进行评价时，安全系数K一般取2.0~2.5。 ⑵管涌─指在渗流作用下，无粘性土中的细小颗粒通过较大颗粒的孔隙，发生移动并被带出的现象。 发生管涌，其水力梯度必须超过其临界值。但应注意，管涌的临界水力梯度与流土的水力梯度不同，有关的研究工作还不够，尚无公认合适的计算公式。 2002.8.22湘江大堤望城靖港镇东湖责任段出现散浸，并有个别散浸点转化为管涌，经抢险队伍用砂卵石将散浸口和管涌口压住，其他管涌和也被砂卵石填压。大堤从凌晨1时出现的险情到下午5点得到了完全控制。 最大的管涌处 最大的管涌处 * 2.1 概述 2.2 渗透力和渗透变形 一、渗透的工程背景 渗透(流):在水位差作用下，水透过土体孔隙发生流动的现象。 石坝 浸润线 透水层 不透水层 土坝蓄水后水透 过坝身流向下游 1.土坝蓄水后水透过坝身流向下游 第一节 概述 透水层 不透水层 基坑 板桩墙 2.渗流对基坑开挖的影响 上图为软土地基深基坑施工时常用的防渗、护壁围护结 构，在开挖基坑的过程中，通常是基坑外土层中的地下水位高 于基坑内水位而形成水头差，地下水将通过坑外土层绕过板桩 渗入坑内。 3.隧道开挖时，地下水向隧道内流动 4.渗流对边坡稳定的影响 ＊典型事故 2003年7月1日凌晨发生的上海轨道交通4号线塌方事故， 直接经济损失1.5亿元左右，3栋建筑物严重倾斜，黄浦江 防汛墙局部塌陷并引发管涌。 事故发生段为地铁董家渡段的两条隧道之间的一条狭小 连接通道，即旁通道，靠黄浦江260米处。 事故发生原因： （1）竖井与旁通道的开挖顺序错误； （2）冷冻设备出现故障导致温度回升； （3）地下承压水导致喷沙。 三方面不利因素遇在一起，最终导致了事故的发生。 典型事故 二、渗透模型 实际土体中的渗流 仅是流经土粒间的孔隙,由于土体孔隙的形状、大小及分布极为复杂,导致渗流水质点的运动轨迹很不规则,如右图所示。 对渗流作如下二方面的简化： ? 一是不考虑渗流路径的迂回曲 折，只分析它的主要流向； ? 二是不考虑土体中颗粒的影响， 认为孔隙和土粒所占的空间之总 和均为渗流所充满。 渗流模型 为 了使渗流模型在渗流特性上与真实的渗流相一致，它还应该符合以下要求： ? (1) 流量相等：在同一过水断面，渗流模型的流量等于真 实渗流的流量； ? (2) 压力相等：在任意截面上，渗流模型的压力与真实渗 流的压力相等； ? (3) 阻力相等：在相同体积内，渗流模型所受到的阻力与 真实渗流所受到的阻力相等。 建立渗流模型后，即可采用液体运动的有关概念和理论对 土体渗流问题进行分析。 真实渗流与渗流模型中平均流速的关系 水在土中流动遵从水力学的连续方程和能量方程。 一、土中渗流的总水头和水力坡降 伯努利方程：h=z+hw+hv 根据能量方程，相对于任意确定的基准面，土中一点的总水头h为： 动水头hv与流速的平方成正比，由于水在土中渗流的速度一般很小， hv可以忽略不计。 第二节 渗透力和渗透变形 总水头差Δh为 水力梯度i─也叫水力梯度或水力坡降，即沿渗流方向单位 流程的水头损失。 L（流程） 二、达西渗透定律 试验装置 1、达西渗透实验装置 1856年法国学者Darcy对砂土的渗透性进行研究 ? ①直立圆筒。横截面积为A， 上端开口。在圆筒侧壁装有两支 相距为L的侧压管。 ? ②滤板。滤板上填放颗粒均 匀的砂土。 ? ③：溢水管。水由上端注入 圆筒，多余的水从此溢出，使 筒内水位维持一恒定值。 ? ④：短水管。渗透过滤板的 水从此流入⑤。 ? ⑤量杯。计算渗流量q。 ? 同时读取断面1-1和断面2-2处 的侧压管水头值h1、h2，得到两 断面之间的水头损失△h= (L+h1) -h2 2、达西定律 达西分析了大量实验资料，发现土中渗透的渗流量q与圆筒断面积A及水头损失△h成正比，与断面间距l成反比 或 式中 i=△h/l，称为水力梯度，也称水力坡降 k为渗透系数, 其值等于梯度为1时水的渗透速度，cm/s 。 上式所表示的关系称为达西定律，它是渗透的基本定律。 v=ki i v O 砂土 3、 达西定律的适用范围 达西定律是由砂质土体(中