土力学与地基基础(第二章土的渗透性).pptxVIP

第二章 土的渗透性§2.1 土的渗透定律§2.2 渗透试验与渗透力 本章提要 本章特点 学习要点土的渗透性和渗透规律渗透力与渗透变形有严格的理论（水流的一般规律）有经验性规律（散粒多孔介质特性）注意对物理概念和意义的把握注意把握土是散粒多孔介质这一特点 渗流土中水土颗粒土是一种碎散的多孔介质，其孔隙在空间互相连通。当饱和土中的两点存在能量差时，水就在土的孔隙中从能量高的点向能量低的点流动 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体中的渗流对土的渗透问题研究主要包括下述三个方面： 渗流量问题 渗透变形（渗透破坏）问题 渗流控制问题土体中的渗流板桩墙渗流问题：1. 渗流量？2. 渗透破坏？3. 渗水压力？基坑透水层工程实例不透水层板桩围护下的基坑渗流Q渗流问题：1. 渗流量Q？2. 降水深度？天然水面漏斗状潜水面透水层不透水层水井渗流渗流问题：1. 渗流量？2. 地下水影响 范围？渗流时地下水位原地下水位渠道、河流渗流渗流问题：1. 渗透力？2. 入渗过程？事故实例降雨入渗引起的滑坡挡水建筑物集水建筑物 引水结构物 基础工程地下工程边坡工程渗流量扬压力渗水压力渗透破坏渗流速度渗水面位置渗透特性变形特性强度特性土的渗透特性水头与水力坡降土的渗透试验与达西定律渗透系数的测定及影响因素层状地基的等效渗透系数渗流的驱动能量反映渗流特点的定律土的渗透性地基的渗透系数土的渗透性与渗透规律u0?paBA静水zBzA00基准面位置水头：到基准面的竖直距离，代表单位重量的液体从基准面算起所具有的位置势能压力水头：水压力所能引起的自由水面的升高，表示单位重量液体所具有的压力势能测管水头：测管水面到基准面的垂直距离，等于位置水头和压力水头之和，表示单位重量液体的总势能在静止液体中各点的测管水头相等位置、压力和测管水头速度v压力u位置：使水流从位置势能高处流向位置势能低处水往低处流流速：水具有的动能压力：水所具有的压力势能水往高处“跑”也可使水流发生流动水流动的驱动力位置势能：mgz压力势能：动能：总能量：质量 m压力 u流速 vz00基准面单位重量水流的能量：称为总水头，是水流动的驱动力水流动的驱动力 - 水头板桩墙基坑透水层不透水层ABL渗流为水体的流动，应满足液体流动的三大基本方程：连续性方程、能量方程、动量方程渗流中的水头与水力坡降水力坡降线ΔhhAhBzAAzBB基准面L A点总水头： B点总水头：二点总水头差：反映了两点间水流由于摩阻力造成的能量损失 水力坡降 i：单位渗流长度上的水头损失水力坡降Qh1h2LA透水石Q1856 年达西(Darcy)在研究城市供水问题时进行的渗流试验或：其中，A是试样的断面积达西渗透试验达西定律：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，并与土的性质有关渗透系数k: 反映土的透水性能的比例系数，其物理意义为水力坡降i＝1时的渗流速度，单位： cm/s, m/s, m/day渗透速度v：土体试样全断面的平均渗流速度，也称假想渗流速度其中，Vs为实际平均流速，孔隙断面的平均流速达西定律2.01.51.00.50水力坡降细砂极细砂中砂粗砂达西定律适用范围砾石0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5流速 (m/h) 适用条件：层流（线性流动）岩土工程中的绝大多数渗流问题，包括砂土或一般粘土，均属层流范围在粗粒土孔隙中，水流形态可能会随流速增大呈紊流状态，渗流不再服从达西定律。可用雷诺数进行判断 ：Re＜5时层流Re ＞200时紊流200＞ Re ＞5时为过渡区 达西定律的适用范围vvcroivoii0 两种特例在纯砾以上的很粗的粗粒土如堆石体中，在水力坡降较大时，达西定律不再适用，此时：对致密的粘性土，存在起始水力坡降i0ii0, v=k?(i - i0 )达西定律的适用范围 常水头试验法 变水头试验法 室内试验方法 野外试验方法 井孔抽水试验 井孔注水试验渗透系数的测定方法 V=Qt=vAt?h土样Lv=kiQi=Δh/LAV 试验条件: Δh，A，L=const 量测变量:体积V，t 适用土类：透水性较大的砂性土室内试验方法-常水头试验法t=t1?h1t=t2?h2 试验条件:Δh变化 A，a，L=const 量测变量:?h，t水头测管Q 适用土类：透水性较小 的粘性土土样L开关Aa室内试验方法-变水头试验法t=t1 入流量： dVe= - adhdht 出流量： dVo=kiAdt=k (Δh/L)Adtt+dt?h1 连续性条件：dVe=dVo t=t2?h-adh =k (Δh/L)Adt?h2水头测管Q土样L开关A选择几组量测结果 ，计算相应的k，取平均值在t?t+dt时段内： 室内试验方法-变水头试验法常水头试验变水头试验条件Δh=