土力学课件(3土的渗透性及渗流课件).ppt

第三章土的渗透性及渗流 §3.1 概述 土是具有连续孔隙的介质。当土作为建筑物的地基和直接用作建筑材料时，水就会在水位差的作用下，从水位较高的一侧透过土的孔隙流向水位较低的一侧。 渗透的定义及土的渗透性 水透过土体孔隙的现象成为渗透 土具有被水透过的性能称为土的渗透性 水在土体中的渗透，一方面会造成水量的损失，影响工程效益；另一方面将引起土体内部的应力状态的变化，从而改变水工建筑物或地基的稳定条件，严重时还会酿成破坏事故。 土的渗透性的强弱，对土体的固结、强度以及工程施工都有非常重要的影响 渗透性研究主要有以下三方面: 渗流量问题 渗透破坏问题 渗流控制问题 防渗墙 3.2.1 渗流基本概念 Darcy渗透定律 (1855) 由于土中孔隙一般非常微小，水在土体中流动时的粘滞阻力很大，流速缓慢 层流 即:相邻两个水分子运动的轨迹互相平行而不混流 流速与水力梯度的关系－砂土 土的渗透系数参考值 求解拉氏方程的方法： 1点，渗流力与重力方向一致，渗流力促使土体压密，对稳定有利 2点，3点，渗流力与重力方向正交，对稳定不利 4点，渗流力与重力方向相反，对稳定特别不利 流土一般发生在渗流逸出处。因此只要求出渗流逸出处的水力梯度，就可判别流土的可能性。理论上： 渗透逸出的水力梯度实际上是不可求出的，通常是把渗流逸出处的流网网格的平均水力梯度作为逸出梯度。 在设计时，为保证建筑物的安全，通常要求将逸出梯度限制在容许梯度之内 管涌的治理 反滤倒渗 管涌的治理 反滤围井 管涌的治理 蓄水反压 整体破坏－水库塌岸 土的类型与渗透变形型式 §3.3土中二维流渗流及流网 §3 土的渗透性及渗流 3.3.1二维渗流方程 2. 求解方法 装置：如图 条件: h，A，L=const , 一维流 解得 h=A1z+A2 由土层1边界条件: z=0 , h=h1 Z=H1 ,h=h2 A2=h1 h2=A1H1+h1 或 解得 h=A1z+A2 解得 h2=A1H1+h1 或 §3.3土中二维流渗流及流网 §3 土的渗透性及渗流 3.3.1二维渗流方程 2. 求解方法 h=A1z+A2 A2=h1 (0≤z≤H1) h=A1z+A2 (前 3-28式) 由土层2边界条件: z=H1 , h=h2 z=H1+ H2 , h=0 0=A1(H1+H2)+(h2-A1H1) 或 A2=h2-A1H1 （3-31） §3.3土中二维流渗流及流网 §3 土的渗透性及渗流 3.3.1二维渗流方程 2. 求解方法 h=A1z+A2 A2=h2-A1H1 (H1≤z≤H1+H2) 根据连续性条件 通过土层1和土层2的流量相等 达西定律 q=kiA 解得: （3-34） §3.3土中二维流渗流及流网 §3 土的渗透性及渗流 3.3.1二维渗流方程 2. 求解方法 (0≤z≤H1) (3-37) (H1≤z≤H1+H2) (3-38) 利用(3-37)、（3-38）式，可以得到任何位置的水头 （3-34） （3-31） （3-36） §3.3土中二维流渗流及流网 §3 土的渗透性及渗流 3.3.1二维渗流方程 2. 求解方法 [例题3-1 ]已知H1=300mm，H2=500mm，h1=600mm，在z=200mm处，h=500mm，求z=600mm时h为多少？ 解 ：当z=200mm时位于土层1，因此采用式（3-37） 得k1/k2=1.8 ∵z=600mm时位于土层2,因此采用式(3-28) 解析法 数值法 电拟法 比较精确，但只有在边界条件简单的情况下才能求解 有限差分法（FDM） 有限单元法（FEM） 电网络模拟 边界条件比较复杂的渗流 图解法 简便、迅速 §3.3土中二维流渗流及流网 §3 土的渗透性及渗流 3.3.2 流网特征与绘制 求解拉氏方程的方法： 简便、迅速 求解拉氏方程的方法： 简便、迅速 简便、迅速 简便、迅速 简便、迅速 §3.3土中二维流渗流及流网 §3 土的渗透性及渗流 3.3.2 流网特征与绘制 流 网——渗流场中等势线和流线所形成的正交曲线网格。 流 线——水质点运动的轨迹线。 等势线——测管水头相同的点之连线 。 图解法——通过绘制流线与势线的网络状曲线簇来求解渗流问题。 H △h 0 1. 流网的特征 流网的概念 §3.3土中二维流渗流及流网 §3 土的渗透性及渗流 3.3.2 流网特征与绘制 1. 流网的特征 流网特征 1. 正交性：流线与等势线必须正交 H △h 0 l s l s 2. 各