土力学3章_土的渗透性及渗流资料精要.ppt

P下 P上 水柱隔离体 水柱重力 土粒对水流的阻力T=渗流力J 水界压力 h1 Δh h2 0 0 hw L 土样 滤网 贮水器 a b 总阻力 平衡条件 土的渗透性和渗流问题 第三章 碎散性 多孔介质 三相体系 孔隙流体流动 渗流 水、气等在土体孔隙中流动的现象 渗透性 土具有被水、气等液体透过的性质 渗透特性 强度特性 变形特性 非饱和土的渗透性 饱和土的渗透性 1 概述 能量差 渗流量 渗透变形 土石坝 防渗斜墙及铺盖 浸润线 透水层 不透水层 土石坝坝基坝身渗流 渗水压力 扬压力 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 渗流量 透水层 不透水层 天然水面 水井渗流 漏斗状潜水面 Q 渗流量 原地下水位 渗流时地下水位 渠道渗流 渗流滑坡 渗流滑坡 渗透问题 渗流量 渗透破坏 如何控制 一．渗流中的水头与水力坡降 A B L 透水层 不透水层 基坑 板桩墙 A B L h1 h2 zA zB Δh 0 0 基准面 水力坡降线 总水头－单位质量水体所具有的能量 z：位置水头 p/γw：压力水头 V2/(2g)：流速水头≈0 A点总水头： B点总水头： 总水头： 水力坡降： 土中渗流是有水头差或水力梯度引起的。 二. 渗透试验与达西定律 试验前提：层流 Δh↑，Q↑ A↑，Q↑ L↑， Q↓ 断面平均流速 水力坡降 1.渗透试验 试验结果 试验装置：如图 试验条件: h1，A，L=const 量测变量: h2，V，T Δh=h1-h2 Q=V/T 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。 适用条件 i v o vcr i v o i0 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 两种特例 粘性土： 致密的粘土 ii0, v=k(i - i0 ) 三. 渗透系数的测定及影响因素 室内试验测定方法 野外试验测定方法 常水头试验法 变水头试验法 井孔抽水试验 井孔注水试验 1. 测定方法 室内试验方法1—常水头试验法 结果整理 试验装置：如图 试验条件: Δh，A，L=const 量测变量: V，t i=Δh/L V=Qt=vAt v=ki 适用土类：透水性较大的砂性土 室内试验方法2—变水头试验法 试验装置：如图 试验条件: Δh变化，A，L=const 量测变量: Δh ，t 透水性较小的粘性土 常水头法仅适用于：透水性较大的砂性土 室内试验方法2—变水头试验法 结果整理: 理论依据: t时刻： Δh Δt dh dVi= - adh dVo=kiAdt=k (Δh/L)Adt dVi=dVo 流入量： 流出量： 连续性条件： -adh =k (Δh/L)Adt 选择几组Δh1, Δh2, t1 ，t2,计算相应的k，取平均值 野外测定方法－抽水试验和注水试验法 优点：可获得现场较为可靠的平均渗透系数 地下水位≈测压管水面 井 抽水量Q r1 r r2 dh dr h1 h h2 不透水层 观察井 A=2πrh i=dh/dr 缺点：费用较高，耗时较长 实验方法： 理论依据： 2.影响因素 粒径大小及级配 孔隙比（密实度） 矿物成分 结构 构造 三. 渗透系数的测定及影响因素 水的动力粘滞系数（水的温度） 饱和度（含气量） —对k影响很大，封闭气泡 四.层状地基的等效渗透系数 等效渗透系数 确立各层的ki 根据渗流方向确定等效渗流系数 天然土层多呈层状 H1 H2 H3 H Δh k1 k2 k3 x z q1x q3x q2x L 1 1 2 2 不透水层 水平渗流 条件: 等效渗透系数ki: qx=vxH=kxiH qx=Σqix=ΣkiiiHi H1 H2 H3 H Δh k1 k2 k3 x z 竖直渗流: v 承压水 条件: 等效渗透系数kx: vi = ki (Δhi/Hi) 3 平面渗流与流网 一. 平面渗流的基本方程及求解 连续性条件 假定： Δh Δh恒定 稳定渗流 h=h(x,z), v=v(x,z) 取单宽： dy=1 与时间无关 达西定律 平面渗流的基本方程 1. 基本方程 ①与kx, kz无关　 ②满足它的是两个共轭调合函数 ——势函数和流函数 连续性条件 达西定律 假定 Laplace方程 特点 描述渗流场内部的测管水头的分布，是平面稳定渗流的基本方程式 一. 平面渗流的基本方程及求解 2. 求解方法 确定渗流场内各点的测管水头h的分布 基本方程 边界条件 定解条件 二.流网的绘制及应用 (求解拉普拉斯方程） 流 网——渗流场中的两族相互正交