土力学课件2 土中水的运动规律.ppt

第二章 土中水的运动规律 第二章 土中水的运动规律 第二章 土中水的运动规律 第二章 土中水的运动规律 明德至善 知行利物 第二章 土中水的运动规律 1 2 概述 土的渗透性与渗透规律 1 概述 土颗粒 土中水 渗流 土是一种碎散的多孔介质，其孔隙在空间互相连通。当饱和土中的两点存在能量差时，水就在土的孔隙中从能量高的点向能量低的点流动 水在土体孔隙中流动的现象称为渗流 土具有被水等液体透过的性质称为土的渗透性 2.1 概述 透水层 不透水层 防渗体 坝体 浸润线 渗流问题： 1. 渗流量？ 2. 渗透破坏？ 3. 渗透力？ 2.1 概述-渗流问题 渗流问题： 1. 渗流量？ 2. 渗透破坏？ 3. 渗水压力？ 透水层 不透水层 基坑 板桩墙 2.1 概述-渗流问题 渗流问题： 1. 渗流量Q？ 2. 降水深度？ 透水层 不透水层 天然水面 漏斗状潜水面 Q 2.1 概述-渗流问题 渗流问题： 1. 渗流量？ 2. 地下水影响 范围？ 原地下水位 渗流时地下水位 2.1 概述-渗流问题 渗流量 扬压力 渗水压力 渗透破坏 渗流速度 渗水面位置 挡水建筑物 集水建筑物 引水结构物 基础工程 地下工程 边坡工程 渗透特性 变形特性 强度特性 2.1 概述-土渗流特性 2 土的渗透性 与渗透规律 水头与水力坡降 土的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 渗流的驱动能量 反映渗流特点的定律 土的渗透性 地基的渗透系数 2.2 土的渗透性与渗透规律 位置水头：到基准面的竖直距离，代表单位重量的液体从基准面算起所具有的位置势能 压力水头：水压力所能引起的自由水面的升高，表示单位重量液体所具有的压力势能 测管水头：测管水面到基准面的垂直距离，等于位置水头和压力水头之和，表示单位重量液体的总势能 在静止液体中各点的测管水头相等 zA 0 0 A B u0?pa zB 基准面 静水 2.2 土的渗透性与渗透规律 A B L 透水层 不透水层 基坑 板桩墙 渗流为水体的流动，应满足液体流动的三大基本方程：连续性方程、能量方程、动量方程 2.2 土的渗透性与渗透规律 A B L hA zA 基准面 总水头：单位重量水体所具有的能量 位置水头Z：水体的位置势能（任选基准面） 压力水头u/?w：水体的压力势能（u孔隙水压力） 流速水头V2/(2g)：水体的动能（对渗流多处于层流≈0） 渗流的总水头： 也称测管水头，是渗流的总驱动能，渗流总是从水头高处流向水头低处 2.2 土的渗透性与渗透规律 A点总水头： A B L hA hB zA zB Δh 基准面 水力坡降线 B点总水头： 二点总水头差：反映了两点间水流由于摩阻力造成的能量损失 水力坡降 i：单位渗流长度上的水头损失 2.2 土的渗透性与渗透规律 L A h1 h2 Q Q 透水石 1856 年达西(Darcy)在研究城市供水问题时进行的渗流试验 或： 其中，A是试样的断面积 2.2 土的渗透性与渗透规律 达西定律：在层流状态的渗流中，渗透速度v与水力坡降i的一次方成正比，并与土的性质有关 渗透系数k: 反映土的透水性能的比例系数，其物理意义为水力坡降i＝1时的渗流速度，单位： cm/s, m/s, m/day 渗透速度v：土体试样全断面的平均渗流速度，也称假想渗流速度 其中，Vs为实际平均流速，孔隙断面的平均流速 2.2 土的渗透性与渗透规律 适用条件：层流（线性流动） 岩土工程中的绝大多数渗流问题，包括砂土或一般粘土，均属层流范围 在粗粒土孔隙中，水流形态可能会随流速增大呈紊流状态，渗流不再服从达西定律。可用雷诺数进行判断 ： 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 达西定律 适用范围 2.0 1.5 1.0 0.5 0 水力坡降 流速 (m/h) 砾石 粗砂 中砂 细砂 极细砂 h 10 d v R e ? = Re＜5时层流Re ＞200时紊流200＞ Re ＞5时为过渡区 2.2 土的渗透性与渗透规律 是土中孔隙直径大小的主要影响因素 因由粗颗粒形成的大孔隙可被细颗粒充填，故土体孔隙的大小一般由细颗粒所控制。因此，土的渗透系数常用有效粒径d10来表示，如哈臣公式： 土的性质 水的性质 粒径大小及级配 孔隙比 矿物成分 结构 渗透系数的影响因素 2.2 土的渗透性与渗透规律 是单位土体中孔隙体积的直接度量 对于砂性土，常建立孔隙比e与渗透系数k之间的关系，如： 渗透系数的影响因素 土的性质 水的性质 粒径大小及级配 孔隙比 矿物成分 结构 2.2 土的渗透性与渗透规律 对粘性土，影响颗粒的表面力 不同粘土矿物之间渗透系数相差极大，其渗透性大小的次序为高岭石