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第3章 土的渗透性和渗流 河滩路堤下的渗流 能量是用水头来表示， Bernoulli’s Equation： 水力梯度:单位流程总水头的变化 水头的大小随选取的基准面不同而不同； 例3-1 求：（1）截面的位置水头、压力水头和总水头 （2）截面之间的水头损失和水力梯度 解： 总水头变化： 水力梯度： 抽水量为Q 观测孔距离分别为rl和r2 ，水位高度h1和h2 r处水面高度h，过水断面A＝2?rh 4. 影响土的渗透性的因素 （1）土的粒度成分及矿物成分。 （2）结合水膜厚度。 （3）土的结构构造。 （4）水的粘滞度。 计算原理： a．流入面的静水压力?whlA b．流出面的静水压力?wh2A c．土样重力在流线上的分量Fw=?satLA d．土样底面所受的反力p 其中：h2=hl+L??h 土骨架 a．土骨架所受浮重力F?w=??LA b．总渗透力J=jLA，方向向下 c．土样底面所受的反力p 水 a．孔隙水重量和土粒浮力反力之和F?w=?wLA (3) 力的平衡条件： 考察土样中的水在垂直方向的受力平衡： 则: ?whlA+?wLA??wh2A =J?＝jLA “注意： ?wLA 为孔隙水重量和土粒浮力反力之和” 结论： 渗透力是水流对单位体积土体颗粒的作用力； 是一种体积力 渗透力的大小与水力坡降成正比，方向与渗流方向一致。 临界水力坡降： 于是可定义 例3-4： （2） 分析表3-1渗透系数值: 可见：不同土类的渗透系数值差异很大 表3-1 渗透系数参考值 渗透系数的测定十分重要 3.3 渗流破坏和控制 3.3.1 渗透力的计算 （a）水土整体 （b）土骨架 （c）水 图3-10 土颗粒和水受力示意图 “它是体积力” 概念：水流作用在单位体积土体中土颗粒上的力。 （a）水土整体 （b）土骨架 （c）水 (1) 沿流线方向取一截面积为A，长为L的土样。 (2) 讨论作用在土样上的力 （a）水土整体 （b）土骨架 （c）水 水土整体 （a）水土整体 （b）土骨架 （c）水 图3-10 土颗粒和水受力示意图 b．流入面和流出面的静水压力?whlA和?wh2A c．土粒对水的阻力J? ，大小与渗透力相同，方向相反 水体的平衡 总渗透力为： 将h2=h1+L??h代入上式，得渗透力为： 即 jL=?w (h1+L?h2) 渗透力j与有效重度大小相等，方向相反时，土颗粒之间的压力为零，即： j=?wi=??=?sat??w 考察图3-11(b)中一土单元： （a）向下渗流 （b）向上渗流图3-11 渗流方向对土颗粒作用力的影响 “工程中常用icr来评价土体是否发生渗透破坏”。 当 j=?w i =? ? 时， 土颗粒之间的压力为零。 * * 3.1 概述 主要内容：土的渗透性和渗透规律 研究对象：饱和土体 “土中的水并非处于静止不变的状态，而是运动着的” 土的渗透性问题 土的固结问题 土的毛细现象 冻结时水分移动 3.2 土的渗透性和渗流定律 3.2.1 渗透性 土孔隙中的自由水在重力作用下发生运动的现象。 渗流模型基本假定： 不考虑渗流路径的迂回曲折，只分析它的主要流向； 图3-1 渗流模型 认为孔隙和土粒所占的空间之总和均为渗流所充满。 同一过水断面，渗流模型的流量等于真实渗流的流量； 图3-1 渗流模型 任一界面上，渗流模型的压力与真实渗流的压力相等； 相同体积内，渗流模型所受阻力与真实渗流相等。 1.渗流速度 断面面积为A，通过的渗透流流量为q，则平均流速为： v=q/A 真实渗流仅发生在孔隙面积?A内，因此真实流速为： v0=q/?A 于是 v/v0=?A/A=n “模型的平均流速要小于真实流速” 2.水头 如果忽略流速的影响，则 3.水头差(A点与B点) 4.水力坡降 注意： 最关心的不是水头而是水头差； 水在土中的渗流是从高水头向低水头流动。 5 25 5 a b c a b c 5 25 5 a b c a b c 法国学者达西(Darcy),砂土实验结果（1852-1855） 渗透速度与水头梯度成正比： v=ki 或 q=kiA 式中：v