3土力学与基础工程第二章土中水的运动规律讲解.ppt

土力学与基础工程 Soil Mechanics and Foundation Engineering;第二章 土中水的运动规律;学习目标： 掌握土的渗透定律与渗透力计算方法 具备对地基渗透变形进行正确分析的能力 基本要求： 1. 掌握土的渗透定律 2. 了解二维渗流及流网绘制 3 . 熟悉土中渗流量计算 4. 掌握土中水的渗透力与地基渗透变形分析;第一节 概述;毛细水位于地下水位以上的土孔隙中，它是由于水-气界面表面张力的作用，地下水沿着不规则的孔隙和裂隙上升而形成的。 毛细水既受重力作用还受表面张力引起的毛细力作用，两者达到平衡后在地下水位以上形成稳定的毛细饱水区，毛细饱水区的形成将可能使地基土浸湿或产生冻胀而影响其承载能力和稳定性。 重力水位于地下水位以下的土孔隙中，它受重力作用的控制，能对土体产生浮力，在透水土层中还能在水力梯度作用下发生流动而形成渗流。 本章研究的就是土中重力水的运动规津。;不同的土具有不同的透水能力， 主要由土的颗粒组成和孔隙比等决定。 土的透水性定量指标是渗透系数， 渗透系数值愈大，表示上的透水能力愈强。 土层中所有各点在同一方向的透水能力相同时， 称为均质土层，否则称为非均质土层。 土层中任一点处各个方向的透水能力相同时， 称为各向同性土层，否则称为各向异性土层。;在许多实际工程中都会遇到渗流问题。 如水利工程中的土坝和闸基、建筑物基础施工中开挖的基坑等。; 图2-1(a)是水利工程中常见的闸基，在上游水位压力差的作用下，水将从上游河底进入闸基的地基，沿地基土中的孔隙渗向下游，再从下游河床逸出。; 图2-1（b）为软土地基深基坑施工时常用的防渗、护壁围护结构，在开挖基坑的过程中，通常是基坑外土层中的地下水位高于基坑内水位而形成水头差，地下水将通过坑外土层绕过板桩渗入坑内。;在这些渗流问题中， 通常都要求计算其渗流量并评判其渗透稳定性。 当渗流的流速较大时， 水流拖曳土体的渗透力将增大。 渗透力的增大将导致土体发生渗透变形，并可能危 及建筑物或周围设施的安全。 因此，在工程设计与施工中，应正确分析??能出现的渗流情况，必要时采取合理的防渗技术措施。 ;土坝，高90m，长1000m， 1975年建成， 次年6月失事 渗透破坏： 冲蚀 水力劈裂;沟后面板砂砾石坝;广州京广广场基坑塌方;珠海祖国广场基坑失事;第二节 渗透理论;考虑到实际工程中并不需要了解具体孔隙中的渗流情况，可以对渗流作出如下二方面的简化： 一是不考虑渗流路径的迂回曲折，只分析它的主要流向； 二是不考虑土体中颗粒的影响，认为孔隙和土粒所占的空间之总和均为渗流所充满。 作了这种简化后的渗流其实只是一种假想的土体渗流，称之为渗流模型，如图2-2(b)所示。;为了使渗流模型在渗流特性上与真实的渗流相一致， 它还应该符合以下要求： (1) 在同一过水断面，渗流模型的流量等于真实渗流 的流量； (2) 在任意截面上，渗流模型的压力与真实渗流的压 力相等； (3) 在相同体积内，渗流模型所受到的阻力与真实渗流 所受到的阻力相等。; 建立渗流模型后，即可采用液体运动的有关概念和理论对土 体渗流问题进行分析。; 式中，i =△h/l，称为水力梯度，也称水力坡降； k 为渗透系数，其值等于梯度为1时水的渗透速度，cm/s。 上式所表示的关系称为达西定律，它是渗透的基本定律。;达西实验的装置 ①：直立圆筒。横截面积为A ，上端开口。在圆筒侧壁装有两支相距为L的侧压管。 ②：滤板。滤板上填放颗粒均匀的砂土。 ③：溢水管。水由上端注入圆筒，多余的水从此溢出，使筒内水位维持一恒定值。 ④：短水管。渗透过滤板的水从此流入⑤。 ⑤：量杯。计算渗流量q。 同时读取 断面1—1和断面2—2处的侧压管水头值h1、h2，得到两断面之间的水头损失△h= (L+h1)-h2。 ; 2. 达西定律的适用范围;图 (a) 细粒土的v-i关系 图 (b) 粗粒土的v-i关系 ①砂土、一般粘土 ②颗粒极细的粘土 图2-4 土的v-i关系 土颗粒周围存在着结合水，结合水因受到分子引力作用而呈现粘滞性,需要克服结