力学地基基础 课件 24第二章土的渗透及渗流1.ppt

流土现象 管涌现象 渗透变形 土工建筑物及地基由于渗流作用而出现的变形或破坏称为渗透变形或渗透破坏。渗透变形是土工建筑物发生破坏的常见类型 渗透变形 - 流土 流土：在向上的渗透作用下，表层局部范围内的土体或颗粒群同时发生悬浮、移动的现象。任何类型的土，只要水力坡降达到一定的大小，都可发生流土破坏 粘性土k1k2 砂性土k2 坝体 渗流 原因： 与土的密实度有关 Fs: 安全系数1.5~2.0 [ i ] : 允许坡降 i icr :土体处于稳定状态 i = icr :土体处于临界状态 i icr :土体发生流土破坏 工程设计： 流土可能性的判别 在自下而上的渗流逸出处，任何土，包括粘性土和无粘性土，只要满足渗透坡降大于临界水力坡降这一水力条件，均要发生流土： 坝体 渗透变形 – 管涌 原因 内因：有足够多的粗颗粒形成大于细粒直径的孔隙 外因：渗透力足够大 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 渗流 过程演示 1. 在渗透水流作用下，细颗粒在粗颗粒形成的孔隙中移动流失 2. 孔隙不断扩大，渗流速度不断增加，较粗颗粒也相继被水带走 3. 形成贯穿的渗流通道，造成土体塌陷 土是否会发生管涌，取决于土的性质： 粘性土（分散性土例外）属于非管涌土 无粘性土中发生管涌必须具备相应的几何条件和水力条件 管涌可能性的判别 * 土力学与地基基础 姬凤玲 深圳大学土木工程学院 第二章土的性质及工程分类 土的三相组成 土的物理性质指标 土的物理状态指标 地基土的工程分类 土的渗透性及渗流问题 土的压实特性 第五节、土的渗透性及渗流问题 二、土的渗透性与渗透规律  三、渗透力及渗透变形 一、概述 四、平面渗流与流网 土体中的渗流 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。存在于地基中的地下水在一定压力差作用下，将透过土中的孔隙发生流动。 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 一、概述 工程实例——板桩围护下的基坑渗流 透水层 不透水层 基坑 板桩墙 工程实例——坝基下的渗流 工程实例——渠道、河流渗流 原地下水位 渗流时地下水位 二、土的渗透性与渗透规律  渗流总水头 水力坡降 达西定律 渗透系数的测定方法 水为什么会流动？ 水往低处流 水往高处“跑” 速度v 压力u 位置：使水流从位置势能高处流向位置势能低处 流速：水具有的动能 压力：水所具有的压力势能 总水头：单位重量水体所具有的总能量． 位置水头Z：单位重量水体所具有的位置势能（任选基准面） 压力水头u/?w：单位重量水体所具有的压力势能（u孔隙水压力） 流速水头V2/(2g)：单位重量水体所具有的动能 渗流的总水头： 渗流总水头 是渗流的总驱动能，渗流总是从水头高处流向水头低处 由于一般情况下渗流的速度很小，故忽略流速水头V2/(2g)， A点总水头： 水力坡降 A B L hA hB zA zB Δh 基准面 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（水力梯度） i：单位渗流长度上的水头损失 例题： 在恒定的总水头下， (1)求水力坡降． (2)分别求1-1至2-2，2-2至3-3截面的水头损失． (3)分别求土样中1-1、2-2、3-3这3个截面的总水头． 1 1 2 2 3 3 5cm 15cm 10cm 5cm (4) 求2-2截面的孔隙水压力值． 1855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 达西定律 渗流速度： 达西渗透试验 L A h1 h2 Q Q 透水石 V 流速与水力梯度的关系－砂土 砂土的水力梯度与渗透速度呈线性关系，符合达西渗透定律。 对于致密的粘土，由于弱结合水具有较大的粘滞阻力，因此，只有当水力梯度达到某一数值后，克服了粘滞阻力以后，才能发生渗透。我们将这一开始发生渗透时的水力梯度成为粘性土的起始水力梯度 流速与水力梯度的关系－粘性土 达西定律的适用范围 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中的渗流速度很小，均属层流范围．符合达西定律． 对于卵石、砾石，其孔隙很大： 　当水力梯度较小时，渗流速度不大，渗流可认为是层流，符合达西定律． 　当水力梯度较大时，渗流速度增大，渗流呈紊流状态．渗流不再服从达西定律。 注意 按照达西定律求出的渗透速度是一种假想的平均流速 ，它假定水在土中的渗透是通过土体截面来进行的 。 实际上 ，水在土体中的实际流速要比用达西定律求出的流速要大。他们之间的关系为 其中，Vs为实际平均流速 渗透系数的测定方法 常水头试