《土力学》第2章 土的渗透性.pptVIP

* * 第2章 土的渗透性及渗流 2.土的渗透性：水透过土中孔隙流动的难易程度(土体被水透 过的性质)。 1.土的渗流：水透过土中孔隙流动的现象。 3.土中水发生渗流的原因：外因：存在水头(压力)差 内因：土中有连通的孔隙 2.1 概述 4. 渗流产生的工程问题 (1)渗漏：由于渗流而引起的水量损失。 (2)渗透力：渗流作用在土粒(骨架)上的作用力,方向与渗流方向相同。 (3)渗透破坏(变形)：在渗透力作用下，可能引起土体变形，产生流土、管 涌渗透破坏，改变建筑物或地基的稳定性，影响工程 安全。 由于渗流作用使土体出现变形或破坏的现象称为渗透破坏或渗透变形。 (4)渗透控制问题：当渗流量和渗透变形不能满足工程设计要求时，变形采 取工程措施加以控制。 渗流量 渗透变形 土石坝 浸润线 透水层 不透水层 石坝坝基坝身渗流 渗透压力 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 2.2 土的渗透性 2.2.1 达西定律及其适用范围 1.地下水流动的两种形式 （1）层流：地下水在土中孔隙或微小裂隙中以不大的速度连续渗流。 特点：相邻两个水分子的运动轨迹(流线)相互平行。 ◆ 一般土(黏性土和砂土等)的孔隙较小，水在其中的流动很缓慢，因此多数 情况下都属层流。 ◆ 但在孔隙较大的碎石土中，如果渗流速度较大，则通常是紊流. （2）紊流：地下水在孔隙较大的碎石土中、岩石的裂隙或空洞中流动，速度较大。 特点：相邻两个水分子的运动轨迹(流线) 相互交叉混流。 2.渗流中的水头与水力坡降(水力梯度) A B L 透水层 不透水层 基坑 沿流线取一截面积A、长度为L的土样(包括孔隙中的水) z：位置水头(从选定基准面算起) u/ γw：压力(测压管)水头 v2/2g：流速水头。因流速v很小(v1cm/s),故忽略 A点总水头： B点总水头： 总水头： 水力坡降(梯度)： A B L h1 h2 zA zB 0 0 基准面 uA uB 3.渗透试验与达西定律 试验前提：层流 (1)渗透试验 试验结果： 试验装置：如图2-3 试验条件: h1,A(土样截面积)，L=const 量测变量: h2 ，时间t ， 时间t内水量Q Δh=h1-h2 单位时间内的水量(流量)q=Q/t 断面平均流速 水力坡降 Q 图2-3 渗透试验装置 (2)达西(Darcy)定律 在层流状态的渗流中，渗透速度v与水力坡降i的一次方成正比，并与土的性质有关。即 比例系数k: 反映土的透水性能的比例系数，称为渗透系数(参见下表) 物理意义：单位水力坡降i＝1时的渗流速度(mm/s, cm/s, m/s, m/day) 102~10-1 粗砂、砾砂 10-1~10-3 中砂 10-3~10-4 粉砂、细砂 10-4~10-6 粉土、裂隙黏土 10-6~10-7 粉质黏土 10-7 致密黏土 渗透系数(cm/s) 土的名称 各种土的渗透系数参考值 注意 v：假想渗流速度，土体试样全断面的平均渗流速度 vs：实际平均渗流速度，孔隙断面的平均渗流速度 A Av Vs=q/Av V=q/A 粗粒土： ①砾石类土中的渗流不符合达西定律 ②砂土中渗透速度: vcr=0.3-0.5cm/s (3)适用条件 层流(线性流):大部分砂土，粉土；疏松的粘土及砂性较重的粘性土。 v=k i (4)两种特例 密实粘性土：近似适用： v=k(i - i0 ) ( i i0 ) i0：起始水力梯度 i v o vcr i v i0 i v o (a) 层流 (b) 密实黏性土 (c) 粗粒土 2.2.2 渗透系数的测定方法 常水头试验法 (适用透水性较大的砂性土) 变水头试验法 (适用透水性较小的粘性土) 井孔抽水试验 井孔注水试验 野外试验测定方法 室内试验测定方法 1. 室内试验测定方法 (一)常水头试验法 (适用透水性较大的砂性土) Q 试验过程中保持水头差△h不变，测定经过一定时间t的透水量Q，则有 即 (2-9) 图2-3 渗透试验装置 设土样的截面积为A，细玻璃管的截面积为a，则dt时间内流过玻璃管的水量dQ=-adh应等于流过试样的水量dQ=Avdt=Akidt。即 积分有 即式(2-10)或(2-11) (2-10) (2-11) 选取几组不同的h1和h2及对应的时间t=t2-t1，利用式(2-11)计算出相应