土的渗透性及渗流要点.ppt

第三章土的渗透性及渗流 第三章 §3.1 概述 土是具有连续孔隙的介质。当土作为建筑物的地基和直接用作建筑材料时，水就会在水位差的作用下，从水位较高的地方透过土的孔隙流向水位较低的地方。 渗透的定义及土的渗透性 渗透：水透过土体孔隙的现象。 渗透性：指土体具有被水透过的性能。 水在土体中的渗透，一方面会造成水量的损失，影响水库效益；另一方面将引起土体内部的应力状态的变化，从而改变水工建筑物或地基的稳定条件，严重时还会酿成破坏事故。 土体渗透性的强弱，对土体的固结、强度以及工程施工都有非常重要的影响 渗透性研究主要有以下三方面: 渗流量问题 渗透破坏问题 渗流控制问题 防渗墙 3.2.1 渗流基本概念 Darcy渗透定律 (1855) 由于土中孔隙一般非常微小，水在土体中流动时的粘滞阻力很大，流速缓慢 层流 即:相邻两个水分子运动的轨迹互相平行而不混流 流速与水力梯度的关系－砂土 土的渗透系数参考值 求解拉氏方程的方法： 1点，渗流力与重力方向一致，渗流力促使土体压密，对稳定有利 2点，3点，渗流力与重力方向正交，对稳定不利 4点，渗流力与重力方向相反，对稳定特别不利 流土一般发生在渗流逸出处。因此只要求出渗流逸出处的水力梯度，就可判别流土的可能性。理论上： 渗透逸出的水力梯度实际上是不可求出的，通常是把渗流逸出处的流网网格的平均水力梯度作为逸出梯度。 在设计时，为保证建筑物的安全，通常要求将逸出梯度限制在容许梯度之内 管涌的治理 反滤倒渗 管涌的治理 反滤围井 管涌的治理 蓄水反压 整体破坏－水库塌岸 土的类型与渗透变形型式 防治措施 增大[i]：下游增加透水盖重 防治流土 土石坝 防渗斜墙及铺盖 浸润线 透水层 不透水层 减小i ：上游延长渗径； 下游减小水压 防治管涌 改善几何条件：设反滤层等 改善水力条件：减小渗透坡降 §3.4 渗透破坏与控制 3.4.3 管涌和潜蚀现象 §3.3土中二维流渗流及流网 §3 土的渗透性及渗流 3.3.1二维渗流方程 1. 基本方程 连续性条件 达西定律 假定 Laplace方程 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 取单宽： dy=1 （3-22）平面渗流连续方程 §3.3土中二维流渗流及流网 §3 土的渗透性及渗流 3.3.1二维渗流方程 2. 求解方法 确定渗流场内各点的测管水头h的分布，进而求得该条件下的渗流场 基本方程 边界条件 定解条件 §3.3土中二维流渗流及流网 §3 土的渗透性及渗流 3.3.1二维渗流方程 2. 求解方法 装置：如图 条件: h，A，L=const , 一维流 解得 h=A1z+A2 由土层1边界条件: z=0 , h=h1 Z=H1 ,h=h2 A2=h1 h2=A1H1+h1 或 解得 h=A1z+A2 解得 h2=A1H1+h1 或 基准面 §3.3土中二维流渗流及流网 §3 土的渗透性及渗流 3.3.1二维渗流方程 2. 求解方法 h=A1z+A2 A2=h1 (0≤z≤H1) h=A1z+A2 由土层2边界条件: z=H1 , h=h2 z=H1+ H2 , h=0 0=A1(H1+H2)+(h2-A1H1) A2=h2-A1H1 （3-31） 基准面 §3.3土中二维流渗流及流网 §3 土的渗透性及渗流 3.3.1二维渗流方程 2. 求解方法 h=A1z+A2 A2=h2-A1H1 (H1≤z≤H1+H2) 根据连续性条件 通过土层1和土层2的流量相等 达西定律 q=kiA 解得: （3-34） （3-36） h2 现实中一般是不知道的 基准面 §3.3土中二维流渗流及流网 §3 土的渗透性及渗流 3.3.1二维渗流方程 2. 求解方法 (0≤z≤H1) (3-37) (H1≤z≤H1+H2) (3-38) 利用(3-37)、（3-38）式，可以在只知上下游水位差h1的情况下，得到任何位置Z的水头h。 （3-34） （3-31） （3-36） 一维稳定流情况下拉普拉斯方程的解 §3.3土中二维流渗流及流网 §3 土的渗透性及渗流 3.3.1二维渗流方程 2. 求解方法 [例题3-1 ]已知H1=300mm，H2=500mm，h1=600mm，在z=200mm处，h=500mm，求z=600mm时h为多少？ 解 ：当z=200mm时位于土层1，因此采用式（3-37） 得k1/k2=1.8 ∵z=600mm时位于土层2,因此采用式(3-28) 基准面 解析法 数值法 电拟法 比