5饱和土单向固结理论.PPT

第4章 土的渗透性及渗流 土的渗透性、渗透系数 土中二维渗流及流网 渗透破坏与控制 第4章 土的渗透性及渗流 达西定律 渗透系数及其确定方法 熟悉流网 渗透力与渗透变形 渗流工程问题与处理措施 §4.1概述 §4.2 土的渗透性(达西定律) 4.2.1土的层流渗透定律 2、达西定律适用范围与起始水力坡降 讨论 §4.2.2 渗透试验与渗透系数 1、渗透试验（室内） 3、影响渗透系数的主要因素 5、成层土的等效渗透系数 四、例题分析 例 设做变水头渗透试验的粘土试样的截面积为30cm2，厚度为4cm，渗透仪细玻璃管的内径为0.4cm，试验开始时的水位差为160cm，经时段15分钟后，观察得水位差为52cm，试验时的水温为30℃，试求试样的渗透系数 §4.4 渗透破坏与控制 4.4.1渗流(透)力 渗流力 3.4.2渗透变形 三、例题分析 例 某土坝地基土的比重ds=2.68，孔隙比e=0.82，下游渗流 出口处经计算水力坡降i为0.2，若取安全系数Fs为2.5，试问该土坝地基出口处土体是否会发生流土破坏 §5.5 渗流工程问题与处理措施 渗流工程问题 防渗处理措施 4-5 饱和土单向固结理论 2、建立方程 微小单元（1×1×dz） 微小时段（dt） 孔隙体积的变化＝流出的水量 土的压缩特性 有效应力原理 达西定律 表示超静孔隙水压力的时空分布的微分方程 超静孔隙水压力 孔隙比 超静孔隙水压力 孔隙比 土骨架的体积变化＝ 不透水岩层 饱和压缩层 z 4-5 饱和土单向固结理论 2、建立方程 固体体积： 孔隙体积： dt时段内： 孔隙体积的变化＝流出的水量 4-5 饱和土单向固结理论 dt时段内： 孔隙体积的变化＝流出的水量 土的压缩性： 有效应力原理： 达西定律: 孔隙体积的变化＝土骨架的体积变化 2、建立方程 由公式可以求解得任一深度z在任一时刻t的孔隙水应力的表达式。 固结微分方程的物理意义：孔隙水应力随时间的变化正比于水力梯度随深度的变化。 4-5 饱和土单向固结理论 2、建立方程 固结系数 Cv 反映了土的固结性质：孔压消散的快慢－固结速度； Cv 与渗透系数k成正比，与压缩系数a成反比； （cm2/s；m2/year，粘性土一般在 10-4 cm2/s 量级） 3、固结微分方程求解： (4-36) 4-5 饱和土单向固结理论 线性齐次抛物线型微分方程式，一般可用分离变量方法求解。 给出定解条件，求解渗流固结方程，就可以解出uz,t。 （1）求解思路 不透水岩层 饱和压缩层 σz=p p 0 ? z ? H: u=p z=0: u=0 z=H: ?u??z?? 0 ? z ? H: u=0 （2）边界、初始条件 z 3、固结微分方程求解： 4-5 饱和土单向固结理论 4-5 饱和土单向固结理论 时间因数 4、固结微分方程的解 反映孔隙水压力的消散程度 －固结程度 式中，m——正奇数（1，3，5......）；Tv——时间因数，无因次 其中，H为最大排水距离，在单面排水条件下为土层厚度，在双面排水条件下为土层厚度的一半。 H 单面排水时孔隙水压力分布 双面排水时孔隙水压力分布 z z 排水面 不透水层 排水面 排水面 H H 渗流 渗流 渗流 Tv=0 Tv=0.05 Tv=0.2 Tv=0.7 Tv=∞ Tv=0 Tv=0.05 Tv=0.2 Tv=0.7 Tv=∞ u0=p u0=p 时间因数 m＝1，3，5，7······ 4-5 饱和土单向固结理论 4、固结微分方程的解 三、固结度及其应用 所谓固结度，就是指在某一附加应力下，经某一时间t后，土体发生固结或孔隙水应力消散的程度。对某一深度z处土层经时间t后，该点的固结度可用下式表示 式中：uo——初始孔隙水应力，其大小即等于该点的附加应力p； u——t时刻该点的孔隙水应力。 某一点的固结度对于解决工程实际问题来说并不重要，为此，常常引入土层平均固结度的概念。 4-5 饱和土单向固结理论 或者 式中：st——经过时间t后的基础沉降量； s——基础的最终沉降量。 4-5 饱和土单向固结理论 M 10m 1.5m 5m 2.6m 1m 1.20m zE E A B O O 3、流网的工程应用 总水头差 H h= 相临等势线之间的水头损失 h H N d 等势线条数n=10，流线条数m=4 Nd=n-1=10-1 （1）渗流量的计算 每个流槽的渗流量 q q=Aki=（b 1） k = k 当b/L=1，总渗流量q （m3/d） h L Hb NdL