土的渗透性与固结.ppt

第三章 土中水的运动规律 云南彝良山体滑坡-2012.10.4 3-1 土的毛细性 一、土层中毛细水的分布 毛细水带： 土层中毛细水所浸润的范围。 分为三类： 1、正常毛细水带(又称毛细饱和带)： 潜水面直接上升而形成。 2、毛细网状水带： 由地下水位的变动而引起 。 3、毛细悬挂水带：地表水渗入形成 3-1 土的毛细性 四、土的毛细现象对工程的影响 1、毛细水的上升引起建筑物或构筑物地基冻害； 2、毛细水的上升会引起房屋建筑地下室、地下铁道侧壁过分潮湿，对防潮、防湿带来更高的要求； 3、当地下水有侵蚀性时，毛细水的上升，可能对建构筑物基础中的混凝土、钢筋等形成侵蚀作用，缩短使用年限。 4、毛细水的上升还可能引起土的沼泽化、盐渍化，对道路、桥梁、水利工程等可能造成影响。 3-2 土的渗透性与达西定律 3-2 土的渗透性与达西定律 一、渗流模型 简化：只考虑主要流向，孔隙和土粒所占空间被水流充满 图3-3 渗流模型 a）水在土孔隙中的运动轨迹； b）理想化的渗流模型 三、渗透试验与达西定律 层流状态下土中水的渗流速度与能量损失之间服从线性渗流规律 达西定律的基本假定： （1）采用了以整个断面计算的假想平均流速，而不是孔隙流体的实际流速。实际流速要比平均流速大。 （2）采用了以土样长度为渗径的平均水力梯度，而不是渗透水流的真正水力梯度。 四、渗透系数 （一）测定方法 1、常水头渗透试验 适用范围： 透水性强的无粘性土。 试验装置：如图示 试验特点： 水在常水头差h的作用下流过试样。 试验方法： 测量对应于某一时段t， 流经试样的水量Q 2、变水头渗透试验 适用范围： 渗透性很小的粘性土。 试验装置：如图示 试验特点： 试样顶部水头随时间变化，作用于试样两端的水头差h在试验过程中是变化的。 （三）各种土的渗透系数 影响土的渗透性的因素比较复杂，土的渗透系数的变化范围很大。 表3-2（第78页）分别给出了各种土渗透系数值参考值。 自学例题3-1。 3-3 渗流力及渗流稳定分析 一、渗流力 1. 试验装置：可产生垂直渗流的试验装置，如图所示。 2. 试验假设 土是均匀的，土中的渗流不论向上还是向下，土中的水头损失沿渗流方向都是均匀变化的，即假设渗流引起的应力改变量沿渗流方向是直线变化的。 当h2=h1时，即h=0，即静水状态 当h2 h1时，h2=h1-h，即向下渗流 当h2 h1时，h2 =h1 + h，即向上渗流 结 论： 土中发生向上的渗流时，由于孔隙水向上渗流，并且作用在土颗粒上一个向上的体积力，使得土骨架应力降低，而该体积力反作用于孔隙水上，使孔隙水应力增加，增加和减小的数值相等，均为γwh。 3、单位渗流力：每单位土体内土颗粒所受的渗流作用力 用 j 表示，单位为kN/m3 渗流力是一种体积力，单位为kN / m3 ，其大小和水力坡降成正比，方向与渗流方向一致。 渗流力方向与重力方向一致时，渗流力对土骨架起渗流压密作用，对稳定有利。 渗流力方向与重力方向相反时，渗流力对土骨架起浮托作用，对稳定不利。当渗流力大到某一数值时，会使该处土体发生浮起和破坏，因此要研究渗流逸出区的渗流力和逸出坡降。 发生管涌的水力条件——外因 试验测定方法： 改变试样底部的水头高度。 现象:试样中细小土粒移动。 b图中： 从C点开始，水力梯度稍有增加，渗流速度就会急剧加大，说明试样中发生了管涌 。 作业 第96页 1题 当h1=h2时，无渗流发生 当h1h2时，向下渗流 当h1h2时，向上渗流 自学教材上的计算方法——以水作为脱离体 基本类型 二.渗流稳定分析（渗透变形） 流土 管涌 3-3 渗流力与渗流稳定分析 土工建筑物及地基由于渗流作用而出现的变形或破坏 形成条件 防治措施 粘性土k1k2 砂性土k2 坝体 1. 基本类型 流土 在向上的渗透作用下，表层局部土体颗粒同时发生悬浮移动的现象 渗流 原因： 二.渗流稳定分析（渗透变形） 管涌 原因： 内在原因—— 有足够多的粗颗粒形成大于细粒直径的孔隙 外在原因——渗流力足够大 在渗流作用下，一定级配的无粘性土中的细小颗粒，通过较大颗粒所形成的孔隙发生移动，最终在土中形成与地表贯通的管道。 管涌 管涌破坏 二.渗流稳定分析（渗透变形） 流土与管涌的比较 流土 土体局部范围的颗粒同时发生移动 管涌 只发生在水流渗出的表层 只要渗透力足够大，可发生在任何土中 破坏过程短 导致下游坡面产生局部滑动等