土力学-03.ppt

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。 土力学地基基础 第三章 土的渗透性及水的渗流 * 第三章 土的渗透性及水的渗流 水的渗流—水在土孔隙通道中流动的现象。 本章主要介绍: 土的渗透定律─达西定律 渗透系数及其测定 渗透力及临界水力梯度 土的渗透性—土可以被水透过的性质，也称为土的 透水性。 渗透变形的类型及特点 第一节 土的渗透问题概述 浸润线 流线 等势线 下游 上游 1.土坝蓄水后水透过坝身流向下游 工程中常常会遇到水的渗流问题： H 2.隧道开挖时，地下水向隧道内流动 3.渗流对边坡稳定的影响 渗流 4.渗流对基坑开挖的影响 第二节 土的渗透定律 水在土中流动遵从水力学的连续方程和能量方程。 1.土中渗流的总水头差和水力梯度 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。 总水头差Δh为 水力梯度i─也叫水力坡度或水力坡降，即沿渗流方 向单位流程的水头损失。 L（流程） 例题分析 【例1】渗透试验装置如图所示，试求：①土样中a─a、b ─ b和c ─ c三个截面的静水头和总水头；②截面a─a至c ─ c ，a─a至b ─ b及 b ─ b至c ─ c的水头损失；③水在土样中渗流的水力梯度。 【解答】 取截面c ─ c为基准面，则 za=15+5=20cm hwa=10cm ha=20+10=30cm zc=0cm hwc=5cm hc=0+5=5cm 从截面a─a至c ─ c的水头损失Δhac为 Δhac=30-5=25cm 截面b ─ b的总水头hb、势水头zb和静水头hwb分别为 zb=5cm hwb=11.25-5=6.25cm 水在土样中渗流的水力梯度i可由Δhac、 Δhab、 Δhbc及相应的流程求得： Δhab=30-11.25=18.75cm Δhbc=11.25-5=6.25cm 从截面a─a至b ─ b的水头损失Δhab及截面b ─ b至c ─ c的水头损失Δhbc各为 2.达西渗透定律 1856年法国学者Darcy对砂土的渗透性进行研究 ⑴试验装置 v─平均流速，为单位时间内流过土截面积的水量 v=ki i v O 砂土 v=ki 达西定律 当水在土中的流动形态属于层流时，水在土中的渗透速度与试样的水力梯度成正比。 ⑵试验结论 q=kAi 讨论： 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 0 i v 密实粘土 ib起始水力坡降 ⑶达西定律适用条件 适用于层流 例题分析 【例2】试验装置如图，其中土样横截面积A=300cm2，土样1和土样2的渗透系数k1和k2分别为： k1=2.5×10-2cm/s， k2=1.5×10-1cm/s。 试求渗流时土样1和土样2的水力梯度i1和i2以及单位时间的渗流量q。 【解答】 从图得总水头损失Δh=40cm。该水头损失应为水流经土样1的水头损失Δh1与流经土样2的水头损失Δh2之和，即 根据水流连续原理，土样1和土样2内渗流速度v1和v2应相等，即v1= v2。 式中L1=20cm， L2=40cm 联立求解得： 水力梯度i1和i2计算如下： 单位时间渗流量q按下式计算： 第三节 渗透系数及其测定 渗透系数k是评价土的渗透性的指标。k值大的土，渗透性强，反之，渗透性弱。 1.渗透系数的实用意义 2.渗透系数的影响因素 ⑴土颗粒的粒径、级配和矿物成分 土颗粒的粒径小，渗透系数小； 级配好，渗透系数小； 在含水量相同的情况下，蒙脱石的渗透系数比高岭石的小，伊利石的渗透系数居于两者之间。 ⑵土的孔隙比或孔隙率 同一种土，孔隙比或孔隙率大，则土的密实度低，过水断面大，渗透系数也大；反之，渗透性弱。 ⑶土的结构和构造 当孔隙比相同时，具有絮凝结构的粘性土，其渗 透系数比分散结构者大许多。 宏观构造上的成层性及扁平粘粒在沉积过程中的 定向排列，使得粘性土在水平方向的渗透系数往 往远大于垂直方向。 ⑷土的饱和度 如果土不是完全饱和而有封闭气体存在，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。 ⑸水的动力粘滞度 动力粘滞度随水温发生明显的变化。水温愈高，水的动力粘