第三章土的渗透性及渗流讲解.ppt

第三章 土的渗透性及渗流 § 3 . 1 概述 渗透: 液体从物质微孔中透过的现象。 渗透性: 土体具有被液体透过的性质(透水性)。 渗流: 液体在土孔隙或其它透水性介质中的流动问题。 研究内容： 渗流量的问题:如基坑开挖的渗水量、水井的供水量； 渗透破坏问题: 渗透力过大时，土粒或土体移动，产生渗透变形甚至渗透破坏； 渗流控制问题:采用工程措施，使渗流量或渗透变形满足设计要求。 §3 . 2 土的渗透性 3 . 2 . 1 渗流基本概念 (1)．水头： (伯努利定理)，土中水渗透速度太小,可忽略，故有 3 . 2 . 2 土的层流渗透定律1．基本概念 （1）流线：水质点的运动切线的连线称为流线； （2）层流：如果流线互不相交，则水的运动称为层流； （3）紊流：如果流线相交，水中发生局部旋涡，则称为紊流。 一般土（粘性土及砂土等）的孔隙较小，水在土体流动过程中流速十分缓慢，因此多数情况下其流动状态属于层流。 2．达西定律：法国学者达西（H·Darcy）于1856年通过砂土的渗透试验，发现了地下水的运动规律，称为达西定律。试验装置下图所示。 则每秒钟渗透量 达西发现，q与A、h成正比，与L成反比，则写成： 则渗透速度 （单位时间通过单位面积的水量） 式中：渗透速度，m/s； i------水力坡降（水头梯度）； K-----渗透系数 由于达西定律只适用于层流的情况，故一般只适用于中砂、细砂、粉砂等。 在粘土中，土颗粒周围存在着结合水，结合水因受到电分子引力的作用而呈现粘滞性。因此，粘土中自由水的渗流受到结合水的粘滞作用产生很大的阻力，只有克服结合水的抗拉强度后才能开始渗流。将克服此抗拉强度所需要的水头梯度，称为粘土的起始水头梯度ib。这样在粘土中，达西定律为： V=k(i-ib) 式中: ib---起始水头梯度（起始水力坡降）。 a砂土；b密实粘土； c砾类土 砾类土和巨粒土中，只有在小的水力坡降下，渗透速度与水力坡降才呈线性关系，而在较大的水力坡降下，水在土中的流动进入紊流状态，呈非线性关系，此时达西定律不能适用，如上图（c）所示，需建立紊流情况下的公式关系。 2.现场测定渗透系数 抽水试验 3．影响渗透系数的主要因素 (1)．土的粒度成分：颗粒组且均匀时, K大。 (2)．土的密实度：愈密实 K愈小。 (3)．土的饱和度，饱和度小, K小。 (4)．土的结构： 结构扰动后, K值变化。 (5)．土的温度： 温度高, 粘滞阻力小。 (6)．土的构造： 层理的方向性, 夹层的影响。 §3 . 3 土中二维渗流及流网 3 . 3 . 1 二维渗流方向 稳定渗流：渗流场中水头及流速等要素 随时间改变的渗流。 3 . 3 . 2 流网的特征与绘制 1. 流网的特征 流网：由流线和等势线所组成的曲线正交网格。 流线：水质点的流动轨迹.某点的切线方向为速度矢量方向。 等势线：渗流场中势能或水头的等值线。 流网的特征：(1)．流线与等势线互相正交。 (2)．流网常取为1：1的正方形网格。 (3). 相邻等势线之间的水头损失相等。 (4)．各个流槽的流渗量相等。 2． 流网的绘制 步骤： (1)．按一定比例画出结构物和土层的剖面图。 (2)．判断边界条件。 (3)．试画若干条流线 (应相互平行,不交叉的缓和曲线)，流线应与进水面、出水面正交，并与不透水面接近平行，不交叉。 (4)．加绘等势线，须与流线正交,且每个流渗区的形状接近方块。 3. 流渗量的计算 (1)水头的计算: 若总水头差为 ,则相邻等势线之间的水头损失。 (2)流渗量 若 则高渗透量,为 §3 . 4 渗透破坏与控制 (1). 渗透力的作用,土颗粒流失或局部土体位移而产生破坏.如,流砂和管涌。 (2)．渗透的作用,使水压力或浮力发生变化,导致土体或结构物失稳.如滑坡或整体失稳。 3 . 4 . 1 渗流力 (动水力)渗流力：单位体积土颗粒所受到的渗流作用力, 渗透力的大小与水力坡度成正比，其方向与渗透方向一致。 3 . 4 . 2 流砂或流土现象