哈工大土力学课件.ppt

* * § 3.1 土的毛细性 自由水是指存在于土体孔隙中电场引力之外的地下水，有毛细水和重力水之分 土中水 结合水 受电分子引力作用吸附在土粒表面的水 自由水 土的毛细现象——土中水在【表面张力】作用下沿着细的孔隙向上及向其它方向移动的现象 土的毛细性——土能够产生毛细现象的性质。 毛细水——由于毛细作用产生的细微孔隙中的水。 一、土的毛细性及毛细现象的工程影响 毛细水 受水与空气交界面【表面张力】的自由水。存在于地下水位以上的透水土层中 表面张力 毛细管 毛细网状水带：存在于中部，由毛细水下降后 的残留部分形成 正常毛细水带（毛细饱水带）：存在于下部，由地下水直接上升形成 毛细水 毛细悬挂水带：存在于上部，由地表水渗入形成 毛细水带——土层中由于毛细现象所湿润的范围。 毛细水以毛细水带的形式存在于土体中 § 3.1 土的毛细性 位于毛细水带的下部，与地下潜水连通。 当地下水位急剧下降时，正常毛细水也随之迅速下降，但在较细的毛细孔隙中有一部分毛细水来不及移动，仍残留在孔隙中，形成毛细网状水带。而较粗的孔隙中因毛细水下降，孔隙中留下空气泡，使毛细水呈网状分布。毛细网状水带中的水，可在【表面张力】和【重力】作用下移动 1.正常毛细水带(又称毛细饱和带) 这一部分毛细水由潜水面直接上升形成的毛细水带，毛细水几乎充满全部孔隙。正常毛细水带随地下水位的升降而作相应移动 2.毛细网状水带 § 3.1 土的毛细性 位于毛细水带的中部。 1．毛细水的上升是引起路基冻害的因素之一； 2．对于房屋建筑，毛细水的上升会引起地下室过分潮湿; 3．毛细水的上升可能引起土的沼泽化和盐渍化。 3.毛细悬挂水带 存在于上部，由地表水渗入形成。悬挂在土颗粒之间，不与中部或下部的毛细水相连。 当地表有大气降水渗入补给时，它会在重力作用下下向下移动。 4.毛细现象的工程影响 § 3.1 土的毛细性 二、毛细水上升高度及上升速度 毛细现象的内因——湿润＋表面张力＋细的通道 上升高度的相关因素 ——湿润角 ——表面张力 ——毛细管直径 粘性土： ——结合水膜影响弯液面的形成、减小孔隙有效直径——上升速度慢；上升高度小 粗颗粒土： ——开始上升快，上升高度小。 § 3.1 土的毛细性 土中毛细现象 毛细水 分布在土粒内部相互贯通的孔隙可以看成许多形状不一、直径互异、彼此连通的毛细管 上升高度: 毛细升高与孔径成反比 粘土 粉土 砂土 砾石 分析对象: 水柱 T为表面张力 § 3.1 土的毛细性 三、毛细压力 毛细压力——土颗粒间毛细水形成弯液面，在水和空气分界面上产生的表面张力沿着弯液面切线方向作用，促使两个土粒靠拢，在土粒的接触面上产生毛细压力 § 3.1 土的毛细性 结晶水 矿物内部的水 结合水 吸附在土颗粒表面的水 自由水 电场引力作用范围之外的水 土中水（液相）小结： 重力水： 即通常所说的地下水，在重（压）力差的作用下流动。 重力水 毛细水 在重力作用下可在土中自由流动 存在于固、气之间 在重力与表面张力作用下 可在土粒间空隙中自由移动 土中冰 由自由水冻成，冻胀融陷 流动的地下水具有动水力（对静止土颗粒的冲击力），软化土体，对基坑工程有极大影响 § 3.1 土的毛细性 孔隙水 在水头差作用下 渗透：水透过土 体孔隙的现象 渗透性：土允许 水透过的性质 引起土体内部应力状态的变化，从 而改变水土建筑物或地基的稳定 条件，酿成破坏 §3.2土的渗透性 渗透分【层流】与【紊流】。地下水流速慢、流线平行的渗流为层流，流速快、流线相互交叉为紊流。这里只讨论层流 一不考虑渗流路径的迂回曲折，只分析它的主要流向； 二不考虑土体中颗粒形状的影响，认为孔隙和土粒所占据的空间之总和均为渗流所充满 作了这种简化后的渗流实质上是一种理想化了的假想渗流，称之为渗流模型，如图所示。 理想化的渗流模型 §3.2 土的渗透性 地下水是在土体孔隙中流动的，渗透现象是在土体的孔隙间发生的 放入量杯，设在t时间内，量杯内接得的水量为Q，圆管的内横截面面积为F， v=Q/F.t =k.I k——渗透系数，m/s，土体本身所固有的常数。 I——水头梯度， v——渗透速度， m/s，单位时间内某一断面的过水量 不是地下水的真实速度，实际的断面是土粒和水通道共同组成，实际的过水通道面积为n.F，水真实流速为v/n §3.2 土的渗透性 Q 如果改用【粘土】，得到曲线b a b 曲线的后段仍为直线，当I值较小时，【粘土】表面存在电场，表面有结合水膜，自由水分子过结合水膜 要消耗能量，所以只有当水头梯度大到足以克服这部分能量