第三章土中水的运动规律介绍.ppt

§3.4 土的冻结机理 §3 土中水的运动规律 二.冻土的机理与影响因素 1.冻胀的原因 大气温度降至负温时，土体孔隙中的自由水首先在0?C时冻结成冰晶体。随着气温的继续下降，弱结合水的最外层也开始冻结，使冰晶体逐渐扩大。这样使冰晶体周围土粒的结合水膜减薄，土粒就产生剩余的分子引力。另外，由于结合水膜的减薄，使得水膜中的离子浓度增加（因为结合水中的水分子结成冰晶体，使离子浓度相应增加），这样，就产生渗附压力（即当两种水溶液的浓度不同时，会在它们之间产生一种压力差，使浓度较小溶液中的水向浓度较大的溶液渗流）。在这两种引力作用下，附近未冻结区水膜较厚处的结合水，被吸引到冻结区的水膜较薄处。一旦水分被吸引到冻结区后，因为负温作用，水即冻结，使冰晶体增大，而不平衡引力继续存在。若未冻结区存在着水源（如地下水距冻结区很近）及适当的水源补给通道（即毛细通道），就能够源源不断地补充被吸收的结合水，则未冻结的水分就会不断地向冻结区迁移积聚，使冰晶体扩大，在土层中形成冰夹层，土体积发生隆胀，即冻胀现象。这种冰晶体的不断增大，一直要到水源的补给断绝后才停止。 §3.4 土的冻结机理 §3 土中水的运动规律 二.冻土的机理与影响因素 2.影响冻胀的因素 （1）土的因素。冻胀现象通常发生在细粒土中，特别是在粉土、粉质黏土中，冻结时水分迁移积聚最为强烈，冻胀现象严重。这是因为这类土具有较显著的毛细现象，上升高度大，上升速度快，具有较通畅的水源补给通道，同时，这类土的颗粒较细，表面能大，土粒矿物成分亲水性强，能持有较多的结合水，从而能使大量结合水迁移和积聚。 砂砾等粗颗粒土，没有或具有很少量的结合水，孔隙中自由水冻结后，不会发生水分的迁移积聚，同时由于砂砾的毛细现象不显著，因而不会发生冻胀。 （2）水的因素。前面已经指出，土层发生冻胀的原因是水分的迁移和积聚。因此，当冻结区附近地下水位较高，毛细水上升高度能够达到或接近冻结线，使冻结区能得到水源的补给时，将发生比较强烈的冻胀现象。这样，可以区分两种类型的冻胀：一种是冻结过程中有外来水源补给的，叫开敞型冻胀；另一种是冻胀冻结过程中没有外来水分补给的，叫做封闭型冻胀。开敞型冻胀往往在土层中形成很厚的冰夹层，产生强烈冻胀，而封闭性冻胀，土中冰夹层薄，冻胀量也小。 （3）温度的因素。如气温骤降且冷却强度很大时，土的冻结迅速向下推移，即冻结速度很快。土中弱结合水及毛细水来不及向冻结区迁移就在原地冻结成冰，毛细通道也被冰晶体所堵塞。这样，水分的迁移和积聚不会发生，冻土一般无明显的冻胀。如气温缓慢下降，冷却强度小，但负温持续的时间较长，则就能促使未冻结区水分不断地向冻结区迁移积聚，在土中形成冰夹层，出现明显的冻胀现象。 §3.4 土的冻结机理 §3 土中水的运动规律 三.冻结深度 土的冻胀和冻融将危害建筑物的正常和安全使用，因此一般设计中，均要求将基础底面置于当地冻结深度以下，以防止冻害的影响。土的冻结深度不仅和当地气候有关，而且也和土的类别、温度以及地面覆盖情况（如植被、积雪、覆盖土层等）有关，在工程实践中，把在地表平坦、裸露、城市之外的空旷场地中不少于10年实测最大冻深的平均值称为标准冻结深度z0。我国《建筑地基基础设计规范》（GB50007—2002）等规范根据实测资料编绘了中国季节性冻土标准冻深线图，当无实测资料时，可参照标准冻深线图，并结合实地调查确定。 小结 §3 土中水的运动规律 工程实例 渗流问题 土的渗透性及渗透规律 二维渗流及流网 渗透力与渗透变形 渗流中的水头与水力坡降 渗透试验与达西定律 渗透系数的测定及影响因素 层状地基的等效渗透系数 平面渗流的基本方程及求解 流网的绘制及应用 渗透力： 概念与计算 渗透变形： 类型，条件，防治 冻胀机理冻土危害 冻土现象 冻土危害 人有了知识，就会具备各种分析能力， 明辨是非的能力。 所以我们要勤恳读书，广泛阅读， 古人说“书中自有黄金屋。 ”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识， 培养逻辑思维能力； 通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平， 培养文学情趣； 通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。 有许多书籍还能培养我们的道德情操， 给我们巨大的精神力量， 鼓舞我们前进。 * H1 H2 H3 H Δh k1 k2 k3 x z q1x q3x q2x L 四.层状地基的等效渗透系数 §3.2 土的渗透性 §3 土中水的运动规律 1 1 2 2 不透水层 水平渗流 条件: 等效渗透系数: qx=vxH=kxiH Σqix=ΣkiiiHi H1 H2 H3 H Δh k1 k2 k3 x z 四.层状地基的等效渗透系数 §3.2 土的渗透性 §3 土中水的运动规律 竖直渗流: v 承压水 条件: 等效渗