第二章土的渗透性和渗流问题要点.pdfVIP

第二章 土的渗透性和渗流问题 第一节 概 述 土是多孔介质， 其孔隙在空间互相连通。 当饱和土体中两点之间存在能量差时， 水就通 过土体的孔隙从能量高的位置向能量低的位置流动。水在土体孔隙中流动的现象称为 渗流 ； 土具有被水等液体透过的性质称为土的 渗透性 。 土的渗透性是土的重要力学性质之一。在水利工程中，许多问题都与土的渗透性有关。 渗透问题的研究主要包括以下几个方面： 1．渗流量问题 。 例如对土坝坝身、坝基及渠道的渗漏水量的估算（图 2 －la、b）， 基坑开挖时的渗水量及排水量计算（图 2－1C），以及水井的供水量估算（图 2 －1d）等。 渗流量的大小将直接关系到这些工程的经济效益。 2．渗透变形 （或称渗透破坏） 问题 。 流经土体的水流会对土颗粒和土体施加作用力， 这一作用力称为 渗透力 。当渗透力过大时就会引起土颗粒或土体的移动， 从而造成土工建筑 物及地基产生 渗透变形 。渗透变形问题直接关系到建筑物的安全， 它是水工建筑物和地基发 生破坏的重要原因之一。由于渗透破坏而导致土石坝失事的数量占总失事工程数量的 25%~30% 。 3．渗流控制问题 。 当渗流量和渗透变形不满足设计要求时，要采用工程措施加以控 制，这一工作称为 渗流控制 。 渗流会造成水量损失而降低工程效益； 会引起土体渗透变形， 从而直接影响土工建筑物 和地基的稳定与安全。因此，研究土的渗透规律、 对渗流进行有效的控制和利用， 是水利工 程及土木工程有关领域中的一个非常重要的课题。 第二节 土的渗透性 一、土的渗透定律 — 达西定律 （一）渗流中的总水头与水力坡降 液体流动除了要满足 连续原理 外，还必须要满足液流的 能量方程 ，即伯努里方程。 在饱 和土体渗透水流的研究中， 常采用水头的概念来定义水体流动中的 位能 和动能 。水头 是指单 位重量 水体所具有的能量。按照伯努里方程，液流中一点的总水头 h，可用位置水头 Z、压 2 u v 力水头 和流速水头 之和表示，即 w 2g 2 u v h z (2 - 1) w 2g 式 (2— 1)中各项的物理意义均代表单位重量液体所具有的各种 机械能 ，其量纲为长度。 对于流经土体中 A 、B 二点渗流（图 2－2 ），按照式（ 2 －1），A 、B 两点的总水头可 分别表示为： 2 uA v A h1 zA w 2 g